Modellierung des Versagensverhaltens von dünnen heterogenen metallischen Schichten auf keramischen Substraten

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Ziel des Vorhabens ist die Modellierung des Versagensverhaltens dünner heterogener metallischer Schichten auf bzw. zwischen keramischen Substraten. Im Vordergrund steht dabei die numerische Simulation der Schädigungsinitiierung und der Rißbildung in dünnen polykristallinen Kupferschichten sowie der Ablösung einer solchen Schicht vom keramischen Substrat unter Berücksichtigung der Heterogenität und des Mikrogefüges. Das mechanische Verhalten der dünnen Schicht und die Versagensvorgänge im Schicht-Substrat-Verbund werden unter Verwendung der versetzungsdichtebasierenden Theorie plastischer Verformung, der Schädigungsmechanik und des Kohäsivmodells des Bruchs analysiert. Das besondere an der Vorgehensweise ist, dass der Einfluß des Mikrogefüges der dünnen Schicht (Korngrenzen, Verteilung von Ausscheidungen), der statistischen Heterogenität der lokalen Eigenschaften und der Schwachstellenverteilung auf das Versagensverhalten der Schicht numerisch und analytisch untersucht wird. Neu ist darüber hinaus, dass die kontinuumsmechanischen Methoden der Bruch- und Schädigungsmechanik mit der versetzungsdichtbasierenden Theorie der Verformung kombiniert werden, um die Festigkeit und die Zuverlässigkeit der dünnen Schicht unter Berücksichtigung ihrer Heterogenität, ihrer Imperfektion und ihres Mikrogefüges auf verschiedenen Skalen zu untersuchen.