„Als wir uns mit den Mechanismen der Gleitbandbildung befassten, erkannten wir, dass die traditionellen Theorien kritische Nuancen über das Verhalten fortschrittlicher Materialien vermissen ließen“, erklärte Penghui Cao, der korrespondierende Autor der Studie und Associate Professor für Maschinenbau und Luft- und Raumfahrttechnik an der UC Irvine.
In Irvine, Kalifornien, gaben Wissenschaftler der University of California, Irvine (UC Irvine) am 1. Mai 2025 einen Durchbruch im Verständnis der Gleitbandbildung in Metallen bekannt. Dieses Phänomen, das unter Druckspannung entscheidend ist, hat Erkenntnisse geliefert, die fortschrittliche Materialien revolutionieren könnten, die in Energiesystemen, der Weltraumforschung und nuklearen Anwendungen eingesetzt werden.
Das UC Irvine-Team stellte das traditionelle Frank-Read-Modell in Frage und führte das Konzept der erweiterten Gleitbänder ein. Ihre Forschung zeigt, dass diese Bänder durch die Deaktivierung bestehender Versetzungsquellen und die anschließende Aktivierung alternativer Quellen entstehen.
Die Forscher untersuchten eine Chrom-, Kobalt- und Nickellegierung, eines der härtesten bekannten Materialien. Mithilfe fortschrittlicher Mikroskopie und atomistischer Modellierung beobachteten sie das Gleitverhalten auf atomarer Ebene in Mikrosäulen unter mechanischer Kompression.
Begrenzte Gleitbänder zeigten schmale Gleitzonen mit minimalen Defekten, während erweiterte Bänder eine hohe Dichte an planaren Defekten aufwiesen. „Unsere Ergebnisse liefern ein klareres Bild der kollektiven Versetzungsbewegung und der Verformungsinstabilität, was für die Weiterentwicklung der Materialwissenschaft von entscheidender Bedeutung ist“, erklärte Cao.
Diese Erkenntnisse haben praktische Anwendungen in der Luft- und Raumfahrttechnik, wo Materialien extremen Belastungen ausgesetzt sind. Im Nuklearbereich können maßgeschneiderte Materialeigenschaften die Sicherheit und Leistung verbessern.
Das Forschungsteam betont den kollaborativen Geist, der diese Arbeit antreibt, und nutzt das Fachwissen aus den Bereichen Ingenieurwesen und Materialwissenschaft. Die Studie wurde vom US-Energieministerium, der UC Irvine und der National Science Foundation finanziert.
Diese Forschung verfeinert das bestehende Wissen über die Gleitbandbildung und legt den Grundstein für zukünftige Untersuchungen zu fortschrittlichen Materialien. Die Herausforderung besteht nun darin, diese Erkenntnisse in konkrete Anwendungen umzusetzen, die die Materialleistung in kritischen Umgebungen verbessern.