Micro convection in the interdendritic region during directional solidification

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Dendritische Erstarrung ist ein Forschungsgebiet, bei der die fundamentalen physikalischen Fragestellungen von Selbstorganisation und langreichweitiger Ordnung mit Anwendungen von größter technischer und ökonomischer Bedeutung zusammenkommen. Nachdem in nahezu 50 Jahren intensiver weltweiter Forschung die Gesetzmäßigkeiten dendritischen Wachstums unter rein diffusiven (strömungsfreien) Bedingungen weitgehend geklärt sind, rückt das Augenmaß auf Bedingungen mit Strömung im Schmelzvolumen. Der Antrag betrifft den Spezialfall von natürlicher Konvektion im Raum zwischen parallel wachsenden Dendriten bei der gerichteten Erstarrung. Erwartet wird ein signifikanter Einfluss der interdendritischen Strömung auf die Selektion des Dendritenabstandes in Verbindung mit dem Wechsel der Stofftransportgleichung von parabolischer zu hyperbolischer Natur: Interdendritische Konvektion verstärkt den Transport von Legierungselementen in der Schmelze und beeinflusst damit die Abstandsselektion. Ein veränderter Abstand beeinflusst wiederum die konvektiven Muster. Ein besonderes theoretisches Interesse besteht in der Untersuchung dieser wechselseitigen Wirkungen sowie in der Darlegung der Wechselwirkungsmechanismen und deren Klassifizierung in Form von Stabilitätsdiagrammen. Das langfristige technische Interesse besteht in der Beeinflussung des Selektionsverhaltens von Dendritenarrays durch Strömung, welches bereits im Vergleich von Mikrogravitationsexperimenten mit Experimenten im Schwerefeld qualitativ belegt ist. Durchgeführt werden theoretische Analysen sowie numerische Phasenfeldsimulationen.