In einem kürzlich erschienenen Paper der renommierten Zeitschrift Acta Materialia hat der Lehrstuhl für Funktionale Werkstoffe und Werkstoffsysteme eine neue Strategie zur Verbesserung der Bruchzähigkeit von spröden nanostrukturierten dünnen Schichten mit Hilfe eines durchdachten Designs der Korngrenzen vorgestellt. Mit diesem Konzept kann die Bruchzähigkeit von herkömmlichen harten aber zähen Schichten um mehr als 150 % erhöht werden, wenn die Orientierung der Korngrenzen zum erwarteten Rissverlauf verändert wird. Die Schichthärte wird bei diesem Ansatz nicht verschlechtert, was ein typischer Nebeneffekt von vielen anderen Strategien zur Verbesserung der Bruchzähigkeit von harten Materialien ist. Das Konzept wurde bei nanokristallinen monolithischen TiN Schichten mit kolumnarer zickzack-artiger Kornstruktur angewandt. Das Ergebnis waren vielfache Rissablenkungen an Knickebenen der mehrfach gekippten Körner unter mechanischer Belastung mit beträchtlichem Energieverlust an der Rissspitze. Die Verbesserung der Bruchzähigkeit beruht auf einer erhöhten Bruchoberfläche und der damit verbundenen wesentlich höheren Energie, die für den Rissfortschritt nötig ist. Mit dieser Studie konnte gezeigt werden, dass es möglich ist mit einem gezielten Design der Korngrenzen neuartige harte Nanomaterialien mit verbesserter Schadenwiderstandsfähigkeit herzustellen.
Wie man spröde nanostrukturierte Materialien widerstandsfähiger macht: eine neue Strategie zur Verbesserung der Bruchzähigkeit
