ISBN 978-3-8439-4909-5

978-3-8439-4909-5, Reihe Physik

Malte Jongmanns
Modellierung der Erzeugung und des Einflusses von Punktdefekten beim Flash-Sintern

159 Seiten, Dissertation Universität Duisburg-Essen (2021), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Die zugrundeliegende Physik der Kombination an Phänomenen des Flash-Sinterns ist bisher unklar. Es wurden mehrere Mechanismen vorgeschlagen, um das Auftreten der Nichtgleichgewichtsphänomene zu erklären. Eine Hypothese für einen möglichen Mechanismus besagt, dass während des FS Punktdefekte in Konzentration fernab des Gleichgewichts entstehen. Ein solcher Defekt-Mechanismus kann die meisten Phänomene des Flash-Sinterns beschreiben, jedoch fehlen Erklärungen dazu, wie solche Kristalldefekte während eines Flash-Sinter-Experiments erzeugt werden können.

Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Hypothese aufgestellt, dass die Entstehung von Punktdefekten während des Flash-Sinterns auf eine Nichtgleichgewichtsverteilung von Gitterschwingungen zurückzuführen ist. Um diese Behauptung zu überprüfen, wurden Simulationen im Nichtgleichgewicht durchgeführt, in denen die Erzeugung von Punktdefekten durch das Anregen von Gitterschwingungen modelliert wurde.

Durch diese Nichtgleichgewichts-Molekulardynamik-Simulationen konnte gezeigt werden, dass es in Aluminium und in Titandioxid dann zu einer Entstehung von Punktdefekten fernab des Gleichgewichts kommt, wenn drei Bedingungen während der Anregung von Gitterschwingungen erfüllt sind: (i) Die Gitterschwingungen sind kurzwellig, das heißt in der Nähe des Brillouin-Zonenrands, (ii) sie werden mit einer ausreichend hohen Rate angeregt und (iii) die Temperatur des Kristalls liegt oberhalb der Debye-Temperatur (aber deutlich unter dem Schmelzpunkt).

Neben der Erzeugung wurde auch der Einfluss von Punktdefekten im Zusammenhang mit Flash-Sinter-Experimenten untersucht. Für Titandioxid konnte gezeigt werden, dass Punktdefekte die Auslenkungen der beiden Atomsorten in gleicher Weise verändern, wie sie auch experimentell gemessen wurden. Darüber hinaus konnte für Zirconiumdioxid gezeigt werden, dass Punktdefekte den Elastizitätsmodul in ähnlicher Weise herabsetzen, wie es ebenfalls in einem Flash-Sinter-Experiment beobachtet wurde.