Untersuchungen zur Unterkühlbarkeit und zum Erstarrungsverhalten von Schmelzen der quasikristallbildenden Legierungssysteme Al-Cu-Fe und Al-Cu-Co

Die Unterkühlbarkeit und das Erstarrungsverhalten von Schmelzen der quasikristallbildenden Legierungssysteme Al-Cu-Fe und Al-Cu-Co wurden mit Hilfe der elektromagnetischen Levitationstechnik untersucht. Hierbei konnten erstmalig tiefe Unterkühlungen an quasikristalibildenden Legierungsschmelzen direkt gemessen werden. Die levitationsunterkühlten Proben wurden nach den Unterkühlungsexperimenten durch transmissionselektronenmikroskopische und rasterelektronenmikroskopische Untersuchungen sowie durch Röntgenbeugung in Hinblick auf die Phasenselektion bei der Erstarrung aus der unterkühlten Schmelzeuntersucht. Um die Auswirkungen der Unterkühlung auf die Phasenselektion sowie auf die Gefügemorphologie zu studieren, wurden zum Vergleich entsprechende Untersuchungen an weniger tief unterkühlten Proben durchgeführt. Neben den Levitationsexperimenten wurden Al-Cu-Co- und Al-Cu-Fe-Schmelzen rasch (mit Abkühlraten von ca. 10$^{6}$ K/s) mit Hilfe eines in die Levitationsanlage integrierten Splatkühlers abgeschreckt, wodurch tiefe transiente Unterkühlungen der Schmelzen erreicht werden können. Die experimentellen Ergebnisse wurden im Rahmen der klassischen Keimbildungstheorie ausgewertet. Diese Auswertung weist auf eine niedrige Aktivierungsschwelle für die Bildung eines kritischen Keims der quasikristallinen Phasen verglichen mit der von (einfachen) kristallinen Phasen hin. Hierbei ist die Aktivierungsschwelle für die Bildung eines kritischen Keims der ikosaedrischen I-Phase in AI-Cu-Fe niedriger als die der dekagonalen D-Phase in Al-Cu-Co. Diese Ergebnisse lassen sich unter Annahme einer ikosaedrischen Nahordnung in der unterkühlten Schmelze erklären, welche der Nahordnung der Quasikristallinen Phasen ähnelt und somit zu einer geringen Grenzflächenenergie zwischen quasikristallinem Keim und Schmelze führt. Eine solche ikosaedrische Nahordnung in unterkühlten Schmelzen wurde durch verschiedene molekulardynamische Kalkulationen vorausgesagt