Versetzungsstrukturen in tordierten Goldmikrodrähten mit einer Bambusstruktur
Creators: name: Ziemann, Michael
Publisher: name: Karlsruhe
Year: 2020

description: Im Mikro- und Nanometerbereich unterscheidet sich das Verformungsverhalten von Proben aus einem gleichen Material unter einer identischen Belastung in Abhängigkeit von der Abmessung der jeweiligen Probe. Bei Belastungsfällen mit einem Dehnungsgradienten wie der Biegung oder der Torsion, wird die experimentell beobachtete Größenabhängigkeit des plastischen Verformungsverhaltens, genauer gesagt des Verfestigungsverhaltens, in mehreren Theorien auf die Anwesenheit dieses Dehnungsgradienten zurückgeführt. In Abhängigkeit von dem Dehnungsgradient bewegen sich die Versetzungen in unterschiedlichem Ausmaß. Die Untersuchung des Verfestigungsverhaltens unter Anwesenheit eines Dehnungsgradienten erfolgt nach gegenwärtigem Stand der Technik häufig mittels Torsionsuntersuchungen an Drähten mit Durchmessern im Mikrometerbereich. Hierbei wird der Verlauf eines an dem Draht erfassten Torsionsmoments gegen einen Verdrehwinkel aufgetragen, um die Verfestigung anhand der Kurvenverläufe zu untersuchen. Die verwendeten Drähte bestehen dabei aus Metallen und weisen ein polykristallines Gefüge auf. Hierdurch wird das Verfestigungsverhalten durch die Korngrößen beispielsweise aufgrund des Hall-Petch-Effekts und Kornorientierungsverteilungen in der Textur innerhalb des jeweiligen Gefüges beeinflusst. Eine Untersuchung des Verhaltens der Versetzungen unter Ausschluss solcher intrinsischer Einflussgrößen würde die Durchführung der Torsionsuntersuchungen an Einkristallen erfordern. Derzeitig sind jedoch keine Verfahren bekannt, die eine Herstellung eines Einkristalls mit der notwendigen Größe und Länge für Torsionsuntersuchungen und anschließende kristallographische Auswertungen ermöglichen. Aus diesem Grund wurden in dieser Arbeit Goldmikrodrähte mit einer sogenannten Bambusstruktur untersucht. Dabei handelt es sich um Drähte, welche aus einer Aneinanderreihung von einkristallinen Abschnitten unterschiedlicher Kristallorientierung bestehen. Dieser strukturelle Aufbau erlaubt es, ausgewählte Körner mittels eines $Ga^{+}$-Ionenstrahls für Quer- und Längsschnittuntersuchungen zu präparieren. Die selektierten Körner wiesen dabei entweder eine $\left\langle 111 \right\rangle$- oder eine $\left\langle 100 \right\rangle$-Orientierung bezogen auf die Drahtachse auf. Das Ziel dieser Arbeit war es, die Verteilung und die Struktur der Versetzungen in tordierten Mikrodrähten in Abhängigkeit sowohl des Verformungsgrads, als auch der Kristallorientierung in Quer- und Längsschnitten zu bestimmen. Die Erfassung der Kristallorientierung erfolgte mittels Beugungsuntersuchungen. Dabei wurden mit der hochauflösenden Elektronenrückstreubeugung (HREBSD) und dem Laueverfahren unter Verwendung von Synchrotronröntgenstrahlung zwei Methoden mit der größten Winkelauflösung zur Orientierungsbestimmung angewandt. Es wurden sowohl die globalen Orientierungsunterschiede über eine Schnittfläche, als auch die lokalen Orientierungsunterschiede zwischen benachbarten Messpunkten bestimmt. Für eine genauere Charakterisierung der Orientierungsänderungen wurde ein Verfahren entwickelt, das Anteile der lokalen Rotationen zwischen benachbarten Messpunkten einzelnen Drehachsen in kristallografischen Richtungen zuordnet. Die Auswertung lokaler Orientierungsabweichungen ergab, dass sich unter Torsionsbelastung Drehkorngrenzen in beiden Kornorientierungen auf den $ \left\{ 111 \right\} $-Ebenen bilden. In Querschnitten von $\left\langle 100 \right\rangle$-Körnern sind dabei charakteristische Bänder höherer Orientierungsänderungen zu beobachten, die sich entlang der $\left\langle 110 \right\rangle$-Richtungen über das Innere des Querschnitts ziehen und ein Schachbrettmuster bilden. Die Bänder konnten als Schnittlinien durch Drehkorngrenzen auf allen vier voneinander unabhängigen $ \left\{ 111 \right\} $-Ebenen identifiziert werden und wurden auch in Längsschnitten beobachtet. Beide Ergebnisse korrelieren mit elektronenmikroskopischen Oberflächenaufnahmen von getesteten Proben. Hier sind eine Vielzahl von unterschiedlich ausgerichteten elliptisch umlaufenden Stufen zu sehen, die klar den vier Gleitebenen zugeordnet werden können. In Querschnitten von $\left\langle 111 \right\rangle$-Körnern konnten keine signifikanten lokalen Orientierungsänderungen und somit auch keine Verformungsstrukturen beobachtet werden. In Längsschnitten hingegen, konnten eindeutig senkrecht zur Torsionsachse verlaufende Drehkorngrenzen detektiert werden. Diese korrelieren ebenfalls mit elektronenmikroskopischen Oberflächenaufnahmen, welche wiederum eine Vielzahl von umlaufenden Stufen offenlegen. Im Gegensatz zu $\left\langle 100 \right\rangle$-Körnern verlaufen diese fast ausschließlich senkrecht zur Torsionsachse um die Körner. Die Verformung erfolgt somit in der Hauptsache nur durch Versetzungsaktivitäten in einer der vier $ \left\{ 111 \right\} $-Ebenen.