Dr.-Ing. Sebastian Bruns
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Teilprojekt im DFG SPP 1594: Topological Engineering of Ultra-Strong Glasses
Einfluss der Glasstruktur auf die lokalen mechanischen Eigenschaften von Borosilikatgläsern
Ziel des Teilprojektes ist es, das Verständnis des Verformungsverhaltens von Borosilikatgläsern zu erweitern. Der Einfluss der Glasstruktur wird hierbei durch unterschiedliche chemische Zusammensetzungen oder Prozessparameter realisiert. Die mechanischen Eigenschaften auf lokaler Skala werden mittels Indentierungsversuchen dargestellt.
Borosilikatgläser reagieren auf eine solche äußere Belastung auf drei verschiedene Weisen: Das Material beginnt sich strukturell zu verdichten, plastisch zu fließen oder mit der Initiierung von Rissen. Um all diese Aspekte zu beleuchten, werden die geprüften Gläser anschließend per Raman Spektroskopie und Rasterkraft Mikroskopie untersucht. Dies erlaubt eine Bestimmung der Materialverdichtung und gibt Aufschluss über sink-in oder pile-up Formierungen im Randgebiet der Eindrücke. FEM Simulationen werden genutzt, um die komplexen elastisch-plastischen Spannungs-/Dehnungs-Zustände im Material abzubilden und den Einfluss hydrostatischer Spannungen auf das Fließverhalten und die anschließende Verformung im Material zu verstehen. Plastisches Materialverhalten wird mit den Modellen von von Mises, Drucker-Prager und Mohr-Coulomb abgebildet und die Unterschiede der Materialmodelle aufgezeigt. Das Einsetzen kohäsiver Elemente entlang der Indenter-Kanten erlaubt zudem das Abbilden der Rissausbreitung während der Indentierung. Die Ergebnisse der Simulationen sollen in Korrelation mit den experimentellen Ergebnissen dazu dienen, die optimalen Materialparameter für eine Steigerung von Festigkeit und Bruchzähigkeit der Borosilikatgläser zu bestimmen.
Publikationsliste
2018
Benzine, O., Bruns, S., Pan, Z., Durst, K., & Wondraczek, L. (2018). Local Deformation of Glasses is Mediated by Rigidity Fluctuation on Nanometer Scale. Advanced Science.Text
Minnert, C., Kuhnt, M., Bruns, S., Marshal, A., Pradeep, K. G., Marsilius, M., . . . Durst, K. (2018). Study on the embrittlement of flash annealed Fe85.2B9.5P4Cu0.8Si0.5 metallic glass ribbons. Materials & Design, 156, 252-261. Text
2017
Bruns, S., Johanns, K.E., ur Rehman, H., Pharr, G.M., and Durst, K. (2017). Constitutive modeling of indentation cracking in fused silica. Journal of the American Ceramic Society, n/a-n/a. doi: 10.1111/jace.14734. Text
Zehnder, C., Bruns, S., Peltzer, J.-N., Durst, K., Korte-Kerzel, S., and Möncke, D. (2017). Influence of Cooling Rate on Cracking and Plastic Deformation during Impact and Indentation of Borosilicate Glasses. Frontiers in Materials 4(5). doi: 10.3389/fmats.2017.00005. Text
Konferenzen / Conferences
SPP 1594 Annual Meeting 2018, Jena, Germany
Gordon Research Conference 2018, Lewiston, USA
Glass and Optical Materials Division (GOMD) Meeting 2018, San Antonio, USA
SPP 1594 Spring School 2018, Hannover, Germany
ECI Nanomechanical Testing in Materials Research and Development VI 2017, Dubrovnik, Croatia
Summer School on Experimental Nano- and Micromechanics 2017, Düsseldorf, Germany
AK Rasterkraftmikroskopie und nanomechanische Methoden 2017, Aachen, Germany
MSE Congress 2016, Darmstadt, Germany
Gordon Research Conference 2016, Lewiston, USA
AK Rasterkraftmikroskopie und nanomechanische Methoden 2016, Saarbrücken, Germany