Institut für Angewandte Materialien – Werkstoffkunde

Projekt 12: Ab-initio Berechnungen der Bulk- und Grenzflächeneigenschaften bei hohen Temperaturen

Um neuartige Verbundwerkstoffe mit höherer Temperaturbeständigkeit zu entwickeln, müssen die Mikrostruktur des Substrates und die thermischen Eigenschaften der Bond- und Topcoats höchstgenau eingestellt und abgestimmt werden. Das Ziel dieses Projektes ist es die verschiedenen thermomechanischen Eigenschaften der in Frage kommenden Materialien, Phasen und Grenzflächen (d.h. Systeme bestehend aus Refraktärmetall Siliziden und/oder Polymerabgeleiteten Keramiken) zu ermitteln. Mit Hilfe von Berechnungen basierend auf der  Dichtefunktionaltheorie können harmonische und anharmonische Kraftkonstanten kalkuliert werden. Ausgehend von diesen Kraftkonstanten werden dann diverse thermodynamische Funktionen wie zum Beispiel die Wärmekapazität, Schwingungsentropie und freie Energie bestimmt. Selbstkonsistente Phononenberechnungen (SCPH) und die Boltzmannsche Transportgleichung in der Relaxationszeitnäherung erlauben es anharmonische Eigenschaften wie die Wärmeausdehnung und die durch temperaturabhängige Phonon-Phonon-Wechselwirkungen begrenzte thermische Leitfähigkeit zu bestimmen. Die thermodynamischen Funktionen kommen dann in der Phasenfeldmodellierung (Projekt 9) und der CALPHAD Parametrisierung (Projekt 11) zum Einsatz, um die Mikrostruktur im Gleichgewicht zu ermitteln. Die thermische Leitfähigkeit und berechnete, mechanische Eigenschaften werden in einem Kontinuumsmodell (Projekt 4) eingesetzt, das den Wärmetransport durch den mehrlagigen Verbundwerkstoff beschreibt.