Abstract
Molybdenum is part of many modern everyday items and, to some extent, also necessary for their production. Besides its high melting point of 2620 °C, molybdenum exhibits good electrical and thermal conductivity and a low coefficient of thermal expansion at the same time. However, pure molybdenum has low ductility at room temperature. The ductile-brittle transition which is typical of body-centred cubic metals occurs at around room temperature, depending on the processing state. Thus, components partly fracture along the grain boundaries due to brittle failure. The decisive reason for this are, inter alia, impurities which segregate at grain boundaries.
In order to analyze individual grain boundaries, a load is applied in compression direction to micropillars in the size range of a few micrometres. This allows a targeted study of the mechanical properties, complemented by atom probe experiments analysing the chemical structure. The micrometre-scale analyses enable the determination and correlation of the mechanical with the chemical properties of a single grain boundary with the aim of better understanding the relationship between segregations and deformation behaviour in the grain boundary region.
Kurzfassung
Molybdän ist Bestandteil von vielen modernen Alltagsgegenständen und teilweise auch notwendig zu deren Herstellung. Neben einem hohen Schmelzpunkt von 2620 °C hat Molybdän eine gute elektrische und thermische Leitfähigkeit bei gleichzeitig geringem Wärmeausdehnungskoeffizient. Allerdings weist reines Molybdän eine geringe Duktilität bei Raumtemperatur auf. Der für kubisch-raumzentrierte Metalle typische Spröde-Duktil-Übergang liegt je nach Verarbeitungszustand etwa bei Raumtemperatur. Bauteile versagen in der Folge teilweise durch spröden Bruch entlang der Korngrenzen. Ausschlaggebend hierfür sind unter anderem Verunreinigungen, welche an die Korngrenzen segregieren.
Um einzelne Korngrenzen zu analysieren, werden Mikrosäulen im Größenbereich von wenigen Mikrometern in Druckrichtung belastet. Die dadurch mögliche gezielte Untersuchung der mechanischen Eigenschaften wird durch die chemische Analyse mit Hilfe von Atomsondenuntersuchungen komplementiert. Die Untersuchungen im Mikrometer-Maßstab machen es möglich, sowohl mechanische als auch chemische Eigenschaften derselben Korngrenze zu bestimmen und zu korrelieren. Dadurch soll der Zusammenhang zwischen Segregationen und Verformungsverhalten an der Korngrenze besser verstanden werden.
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