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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