Titan-Aluminide: vom Atom zur Struktur
Titan-Aluminide (kurz: TiAl) sind intermetallische Legierungen mit den Hauptkomponenten Titan und Aluminium. Diese Legierungen zeichnen sich durch eine hohe gewichtsspezifische Festigkeit und Wärmebeständigkeit aus. Wegen dieser Eigenschaften werden sie teilweise in Triebwerken und Gasturbinen eingesetzt, wo sie die deutlich schwereren Nickel-Basis-Legierungen ersetzen sollen. Die Materialeigenschaften von TiAl hängen wesentlich von seiner komplexen Mikrostruktur ab, die sich gezielt über geeignete Herstellungsprozesse einstellen lässt. Unser Ziel ist es, mit Hilfe von Computersimulationen zu ermitteln, welche Mikrostrukturen besonders positive Eigenschaften aufweisen, um somit Zeit und Kosten für aufwändige Experimente zu sparen, mit denen dies andernfalls ermittelt werden müsste, um das Material für den praktischen Einsatz zu optimieren. Dazu beschreiben wir das Material mit gekoppelten Computersimulationen auf verschiedenen Längenskalen, insbesondere mit Molekulardynamiksimulationen auf der atomistischen Skala, mit Finite-Elemente-Modellen auf der Mesoskala und schließlich mit homogenisierten Materialgesetzen auf der makroskopisch sichtbaren Ebene realer Bauteile. Durch diese Form „virtueller Materialentwicklung“ ‑ Kopplung von Computersimulationen auf mehreren Skalen ‑ hoffen wir, die Entwicklung verbesserter TiAl-Legierungen zu beschleunigen. Durch diese sollen zukünftig insbesondere in der Luftfahrt wesentliche Gewichts- und damit Treibstoffeinsparungen möglich werden.
