Mikrostrukturevolution

Mikrostrukturevolution bezeichnet die Veränderung der Mikrostruktur eines Werkstoffs im Verlauf von Prozessen wie Erhitzen, Verformung, Diffusion oder Phasenveränderungen. Typische Merkmale sind Änderungen der Kornstruktur, Phasenverteilung, Ausscheidungen und die Morphologie von Rissen oder Poren. Die Evolution wird durch thermodynamische Treiber und kinetische Barrieren bestimmt und beeinflusst Eigenschaften wie Festigkeit, Härte, Zähigkeit und Korrosionsbeständigkeit.

Zu den zentralen Mechanismen zählen Rekristallisation und Erholung nach plastischer Verformung, Kornwachstum, Phasenumwandlungen sowie Ausscheidung und Koarsening von Partikeln, die Diffusionspfade beeinflussen. Diffusionsgetriebene Phasenentwicklung, Umformungsinduzierte Strukturen sowie Versetzungs- und Gitterdefekte prägen die Mikrostruktur im Zeitverlauf.

Die Evolution wird von Faktoren wie Temperatur, Zeit, mechanischer Last, Zusammensetzung und Defektkonzentrationen gesteuert. Modellierungen nutzen Phasenfeld-Ansätze, Cahn-Hilliard-Gleichungen und JMAK-Theorie für Transformationskinetik, ergänzt durch Koarsening- und Rekristallisationsmodelle. Experimentell werden Mikrostrukturen mit Lichtmikroskopie, Rasterelektronenmikroskopie einschließlich EBSD, Transmissionselektronenmikroskopie und Atomprobentomographie untersucht.

Die Mikrostrukturevolution ist zentral für das Materialdesign, da sie die Leistungsfähigkeit von Bauteilen maßgeblich beeinflusst. In der Metallurgie, Keramik und Polymerverbundwerkstoffen erlaubt eine gezielte Steuerung von Wärmebehandlung, Deformationsprozessen und Legierungszusammensetzung die Optimierung von Festigkeit, Zähigkeit, Verschleiß- und Temperaturbeständigkeit sowie der Korrosionsresistenz.