Combined atomic force and electron microscopy instrumentation to study microscale plasticity

Titel in Übersetzung: Ein kombiniertes Rasterkraft- und Rasterelektronenmikroskop zur Untersuchung von Mikroplastizität

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

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Abstract

Die Fließgrenze in Metallen hängt nicht nur -- wie schon seit langem bekannt -- von der chemischen Zusammensetzung, dem Gefüge und Gitterfehlern ab, sondern ist auch bei Einkristallen unter uniaxialer, monotoner Beanspruchung von der Größe des beanspruchten Volumens abhängig. Diese Tatsache wurde erst in den letzten Jahrzehnten erkannt, und wird seitdem von einer immer größer werdenden Anzahl an Forschungsgruppen untersucht. Unterschiedlichste experimentelle Methoden zur Untersuchung des Größeneffektes wurden angewandt, die entwickelten Modelle stimmen jedoch noch nicht vollständig mit den experimentellen Erkenntnissen überein. Der maßgebliche Beitrag zur plastischen Verformung bei moderaten Temperaturen und Dehnraten in Metallen kubisch-flächenzentrierter Gitterstruktur erfolgt durch Versetzungsbewegungen. Es ist naheliegend, dass ein Verstehen der Versetzungsdynamik und -statistik in Abhängigkeit des Volumens zu einem Verstehen des Größeneffekts bei plastischen Prozessen führen muss. Diesem Sachverhalt wurde durch Wahl der Untersuchungsmethoden Rechnung getragen: Druck-, Zug- und Biegeversuche mit Probengrößen im Bereich von Mikrometern bis Nanometern wurden unter dem Rasterkraftmikroskop, Elektronenmikroskop und Transmissionselektronenmikroskop durchgeführt, um zur Aufklärung des Größeneffektes beizutragen. Diese Arbeit begleitete die Entwicklung eines in-situ Rasterkraftmikroskops, das im Rasterelektronenmikroskop eingesetzt werden kann und - im Gegensatz zu bereits vorhandenen Geräten - mit Materialprüfapparaturen kompatibel ist. Das neue in-situ Gerät wurde in unterschiedlichen Versuchskonfigurationen im Rasterelektronenmikroskop als auch an Luft eingesetzt, um das plastische Verhalten von Metallen kubisch-flächenzentrierter Kristallstruktur in unterschiedlichen Größenskalen zu untersuchen. Eine neue experimentelle Methode, die "indent@edge"-Methode wurde vorgestellt. Einerseits eignet sich diese Methode sehr gut für in-situ Versuche mit einem Rasterkraftmikroskop, andererseits ist ein einfacheres Herstellungsverfahren der Proben im Vergleich zu miniaturisierten Zug-, Druck- und Biegeproben zu erwarten. Abschließend wurden Versuche zur Charakterisierung des plastischen Verhaltens und der Zuverlässigkeit dünner Metallschichten auf Polyamid an Luft durchgeführt. Diese Materialsysteme werden in Geräten mit flexibler Elektronik eingesetzt. Die Rissdichte und der elektrische Widerstand der Metallschicht wurden in Abhängikeit der Dehnung bestimmt.
Titel in ÜbersetzungEin kombiniertes Rasterkraft- und Rasterelektronenmikroskop zur Untersuchung von Mikroplastizität
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDr.mont.
Gradverleihende Hochschule
  • Montanuniversität
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Pippan, Reinhard, Beurteiler A (intern)
  • Teichert, Christian, Beurteiler B (intern)
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2015

Bibliographische Notiz

nicht gesperrt

Schlagwörter

  • Größeneffekt
  • Versetzung
  • FCC Kristall
  • in situ
  • Mikroplastizität
  • Verformung
  • Neuartiges kombiniertes AFM/REM

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