Anisotropy

Gläser werden im Allgemeinen als isotrope Materialien angesehen. Es ist jedoch auch bekannt, dass bei der Verarbeitung von Gläsern leicht Anisotropie eingeführt werden kann.

Gegenstand des vorliegenden Projekts ist die Frage, wie sich Anisotropie in Siliciumdioxid-, Phosphat- und Silicatmodellgläsern entwickelt und wie sie das Spannungs-Dehnungsverhalten dieser Gläser beeinflusst.

Anisotropie kann sich in vielen Formen manifestieren, und unsere Untersuchungen zeigen deutlich die Notwendigkeit, zu unterscheiden zwischen
(i) transienter Anisotropie, die ein Material nur unter Belastung zeigt, wie es z.B. bei der spannungsinduzierten reversiblen Doppelbrechung der Fall ist;
(ii) persistenter, struktureller Anisotropie, die nur bei thermischer Glühung reversibel ist und z.B, Sie kann z. B. durch plastische Verformung oder durch Einfrieren in der Struktur eines unter Last fließenden Glases, wie beim Drahtziehen, verursacht werden; und schließlich
(iii) räumlich-zeitliche, transiente Anisotropie, die lokalisierte, gerichtete Verformungsprozesse beschreibt, die während der Verformung stattfinden und die erforderlich sind, um persistente Anisotropie zu entwickeln, z. B. die Selbstorganisation von Schertransformationszonen (STZ) in Scherbändern (SB) in metallischen Massengläsern (BMG).

Die Beziehung zwischen diesen verschiedenen Aspekten, die in der Regel unter dem empirischen Konzept der experimentell ermittelten makroskopischen Anisotropie zusammengefasst werden, und der zugrundeliegenden Glasstruktur und -topologie ist derzeit noch nicht vollständig geklärt.

Zinnphosphatgläser zeigen beispielsweise eine vernachlässigbare spannungsinduzierte transiente Anisotropie, die durch Doppelbrechung gemessen wird. Dies steht jedoch nicht in unmittelbarem Zusammenhang mit ihrem Potenzial, durch thermische Beanspruchung eine dauerhafte Anisotropie zu erzeugen.

Auf struktureller Ebene ist derzeit unklar, in welchem Maße die makroskopisch gemessene persistente Anisotropie vom Grad der Heterogenität der plastischen Verformung abhängt. Dies ist von besonderer Bedeutung, da die meisten Prozesse zur Induzierung persistenter Anisotropie Verformungsgradienten beinhalten, während Computersimulationen typischerweise nur homogene Verformungen von vergleichsweise kleinen Volumina untersuchen.

Darüber hinaus wurde die Rolle der Ordnung kurzer Reichweite (SRO) und der Ordnung mittlerer Reichweite (MRO) auf die Zeitabhängigkeit und die Anisotropie von transienten Eigenschaften wie der Poissonzahl während der Verformung noch nicht untersucht.

Dies ist eine Zusammenarbeit mit Profs. Erik Bitzek und Erdmann Spiecker von der Universität Erlangen-Nürnberg.