Plastic behaviour of quasicrystals and related intermetallic phases [Elektronische Ressource] / vorgelegt von Marc Heggen

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• Publié par: rheinisch-westfalischen_technischen_hochschule_-rwth-_aachen
• Publié le: 01 janvier 2003
• Nombre de lectures: 8
• Langue: English
• Poids de l'ouvrage: 17 Mo

Extrait

Plastic behaviour of quasicrystals
and related intermetallic phases



Von der Fakultät für Mathematik, Informatik und Naturwissenschaften der Rheinisch-
Westfälischen Technischen Hochschule Aachen zur Erlangung des akademischen Grades
eines Doktors der Naturwissenschaften genehmigte Dissertation

vorgelegt von

Diplom-Physiker

Marc Heggen

aus Mönchengladbach




Berichter: Universitätsprofessor Dr. K. Urban
Universitätsprofessor Dr. J. Mayer








Tag der mündlichen Prüfung: 16. Oktober 2003



Diese Dissertation ist auf den Internetseiten der Hochschulbibliothek online verfügbar.
Abstract
In the present work, the plasticity of quasicrystals, metallic glasses and structurally complex alloy
phases was investigated. The concepts of plasticity for simple crystalline materials cannot be applied
to these materials without substational modification.
Plastic deformation experiments and subsequent microstructural investigations by means of
transmission electron microscopy (TEM) were performed on icosahedral Zn-Mg-Dy and Al-Pd-Mn
single quasicrystals. A constitutive model approach describing the plasticity of icosahedral
quasicrystals was applied to a wide range of experimental deformation parameters. In both materials
plastic deformation depends on the interaction of dislocation storage and recovery and the strain
driven disordering and diffusion driven reordering of the material.
The plastic deformation behaviour of Pd-Ni-Cu-P bulk metallic glass was studied in creep
experiments at three different temperatures and in a wide range of creep stresses. The transition
between steady-state creep and accelerating creep was studied. Based on the free-volume description a
constitutive model was developed, which comprehensively describes the salient features of metallic-
glass plasticity for various deformation conditions.
Furthermore dislocation-like defects in the structurally complex alloy phases ξ´-Al-Pd-Mn and c -2
Al-Pd-Fe were investigated. New types of defects, which are present in the materials after plastic
deformation, were found and characterized by means of TEM. It was shown that the basic concepts of
dislocation-like defects show clear similarities in both structurally complex phases.

Zusammenfassung
In der vorliegenden Arbeit wurde das plastische Verhalten von Quasikristallen, metallischen
Gläsern und strukturell komplexen intermetallischen Phasen untersucht. Die Konzepte zur
Beschreibung der Plastizität von einfachen kristallinen Materialien können auf diese Materialien nicht
ohne grundlegende Modifikation übertragen werden.
Plastische Verformungsexperimente und mikrostrukturelle Untersuchungen wurden an Zn-Mg-Dy
und Al-Pd-Mn Quasikristallen mit Hilfe der Transmissionselektronenmikroskopie (TEM)
durchgeführt. Ein konstitutives Modell der Quasikristallplastizität wurde auf einen großen Bereich von
experimentellen Verformungsparametern angewendet. In beiden Materialien wird die plastische
Verformung durch die Wechselwirkung von Versetzungserzeugung und –erholung und die
dehnungsinduzierte Entordnung und diffusionsbedingte Wiederherstellung der Ordnung im Material
gesteuert.
Das plastische Verformungsverhalten von massiven metallischen Pd-Ni-Cu-P Gläsern wurde in
Kriechexperimenten bei drei verschiedenen Temperaturen in einem großen Kriechspannungsbereich
untersucht. Der Übergang zwischen stationärem Kriechen und beschleunigtem Kriechen wurde
untersucht. Basierend auf der free-volume Theory wurde ein konstitutives Modell entwickelt, welches
die plastischen Eigenschaften von metallischen Gläsern bei unterschiedlichen experimentellen
Verformungsbedingungen beschreibt.
Weiterhin wurden versetzungsartige Defekte in den strukturell komplexen Legierungsphasen ξ´-
Al-Pd-Mn und c -Al-Pd-Fe untersucht. Es wurden neue Arten von strukturellen Defekten entdeckt, 2
welche nach der plastischen Verformung in den Materialien vorhanden sind. Diese Defekte wurden
theoretisch sowie mit Hilfe von TEM untersucht. Es wurde gezeigt, dass die grundlegenden Konzepte
der versetzungsartigen Defekte in beiden strukturell komplexen Phasen deutliche Ähnlichkeiten
zeigen.
Index

Introduction ......................................................................................................................... 1
1. Quasicrystals................................................................................................................. 3
1.1 The structure of quasicrystals................................................................................. 3
1.2 Defects in quasicrystals........................................................................................ 11
1.3 Plasticity of quasicrystals..................................................................................... 15
1.4 Single-quasicrystal growth...................................................................................23
2. Plasticity of Zn-Mg-Dy quasicrystals ....................................................................... 27
2.1 Experimental procedure.......................................................................................27
2.2 Results..................................................................................................................27
2.3 Discussion............................................................................................................38
3. Lattice fringe analysis of planar defects................................................................... 45
3.1 Experimental procedure45
3.2 Results46
3.3 Discussion47
4. Analysis of dislocation motion................................................................................... 53
4.1 Experimental procedure.......................................................................................53
4.2 Results..................................................................................................................53
4.3 Discussion............................................................................................................58
5. Plastic deformation experiments on icosahedral Al-Pd-Mn quasicrystals ........... 61
5.1 Introduction..........................................................................................................61
5.2 Experimental procedure63
5.3 Results65
5.4 Discussion74
6. Generalizing discussion: The plasticity of icosahedral Zn-Mg-Dy and
Al-Pd-Mn quasicrystals ............................................................................................. 83
6.1 Plastic deformation behaviour.............................................................................. 83
6.2 Microstructural plastic deformation properties.................................................... 85
7. Plasticity of Pd-Ni-Cu-P bulk metallic glass ............................................................ 87
7.1 Introduction..........................................................................................................87
7.2 Structural defects in metallic glasses ................................................................... 88
7.3 Flow equations.....................................................................................................89
7.4 Plastic deformation behaviour.............................................................................. 93
7.5 Experimental procedure.......................................................................................95
7.6 Results..................................................................................................................96
7.7 Discussion111
8. Generalizing discussion: The plasticity of quasicrystals and metallic glasses.... 117

Index
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9. Metadislocations in ξ´-Al-Pd-Mn............................................................................ 121
9.1 Introduction........................................................................................................121
9.2 The Burgers vector of a metadislocation ........................................................... 125
9.3 Metadislocation networks..................................................................................127
9.4 Conclusion..........................................................................................................131
10. Defects in c -Al-Pd-Fe .............................................................................................. 133 2
10.1 Introduction133
10.2 Experimental procedure.....................................................................................137
10.3 Results..............................................................