Solidification behaviour and short-range order of undercooled Ti-TM-Si-O melts

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Seit der Entdeckung einer quasikristallinen Phase in Al-Mn-Legierungen im Jahre 1984 durch Shechtmen et. al. wurden in einer Vielzahl von Legierungssystemen weitere quasikristalline Festkörperphasen gefunden. Ikosaedrische quasikristalline Phasen, sowie die mit diesen strukturell eng verwandten kristallinen Approximantenphasen zeichnen sich durch eine Nahordnung basierend auf fünfzähligen ikosaedrischen Strukturelementen aus. Die Ausbildung einer solchen ikosaedrischen Nahordnung wurde darüber hinaus für unterkühlte Schmelzen reiner Metalle und metallener Legierungen vorausgesagt, wobei angenommen wird, dass die atomaren Wechselwirkungspotentiale näherungsweise radialsymmetrisch sind. Jüngste Beugungsexperimente an unterkühlten metallenen Schmelzen mit Neutronen- und Synchrotronstrahlung stützen die theoretische Voraussage einer ikosaedrischen Nahordnung in metallenen Schmelzen. Die Nahordnung in der unterkühlten Schmelze beeinflusst zusammen mit der kristallographischen Struktur eines Keims einer festen Phase die Energie der Phasengrenzfläche zwischen unterkühlter Schmelze und Keim und damit das Phasenselektionsverhalten bei der Erstarrung. Aufgrund der vorausgesagten strukturellen Ähnlichkeit von Schmelze und quasikristallinen Festkörpern, sind Untersuchungen zur Nahordnung und zum Erstarrungsverhalten quasikristallbildender Legierungen von besonderer Bedeutung. Die bisherigen Arbeiten hierzu befassten sich jedoch fast ausschließlich mit metallenen quasikristallbildenden Legierungssystemen auf Aluminiumbasis. Eine Sonderstellung unter den quasikristallbildenden Legierungssystemen nehmen die Ti-TM-Si-O-Legierungen (mit Übergangsmetallkomponente TM = Fe, Mn, Cr) ein, denn diese besitzen nichtmetallische Komponenten. Aufgrund der vorliegenden kovalenten Bindungsanteile muss hier mit einem anderen Verhalten gerechnet werden als bei den bisher untersuchten metallenen Systemen. Der Einfluss der nichtmetallischen Legierungskomponenten auf die Nahordnung der Schmelze und das Phasenselektionsverhalten bei der Erstarrung soll im Rahmen dieses Vorhabens an Ti-Fe-Si-O- und Ti-Cr-Si-O-Legierungen studiert werden. Die Phasenselektion von mit Hilfe der elektromagnetischen Levitationstechnik unterkühlten Schmelzen während der Erstarrung soll hierbei in situ durch energiedispersive Beugung von Synchrotronstrahlung bestimmt werden. Darüber hinaus ist beabsichtigt, die Nahordnung unterkühlter und stabiler Ti-TM-Si-O Schmelzen als Funktion der Temperatur durch Neutronenstreuung und energiedispersive Beugung von Synchrotronstrahlung zu untersuchen.