1017214 20260116055742.0 Germany FullTexts I:(DE-82)520000_20140620 I:(DE-82)523110_20140620 UNRESTRICTED VDB phd 2 EndNote Thesis PUB:(DE-HGF)11 PUB:(DE-HGF) Dissertation / PhD Thesis phd phd BibTeX PHDTHESIS DRIVER doctoralThesis DataCite Output Types/Dissertation ORCID DISSERTATION P:(DE-82)IDM00440 Korte-Kerzel, Sandra 1 Thesis advisor rwth P:(DE-82)IDM01070 Peters, Lars 2 Thesis advisor rwth RWTH-2025-07212 http://publications.rwth-aachen.de/record/1017214/files/1017214.pdf OpenAccess http://publications.rwth-aachen.de/record/1017214/files/1017214_source.zip Restricted oai:publications.rwth-aachen.de:1017214 openaire open_access driver VDB ec_fundedresources dnbdelivery Intermetallische Phasen, besonders topologisch dicht gepackte, weisen oft gleiche strukturelle Motive auf, was die Hypothese zulässt, dass ein Zusammenhang zu den physikalischen Eigenschaften und insbesondere dem mechanischen Verformungsverhalten besteht. In dieser Arbeit wird die Abhängigkeit von mechanischen und strukturellen Eigenschaften im intermetallischen System Samarium-Kobalt untersucht, mit Fokus auf die Baustein-Phasen SmCo₂ und SmCo₅ und deren abgeleiteten Strukturen SmCo₃ und Sm₂Co₁₇.Durch Nanoindentation, Mikrosäulenkompression und TEM, kombiniert mit DFT-Berechnungen, wurden die mechanischen Eigenschaften, Gleitsysteme, Stapelfehler und Bindungsumgebungen charakterisiert. Bei SmCo₅ zeigte sich, dass versetzungsinduzierte Plastizität der leitende Verformungsmechanismus ist, im Gegensatz zur früheren Hypothese, die amorphes Gleiten als Hauptmechanismus beschrieb (Publikation 1). Nanomechanische Prüfversuche, in Form von Gleitlinien Analyse und Mikrosäulenkompression zeigen zwei primäre Gleitsysteme, das pyramidale Gleitsystem zweiter Ordnung {2 1̅ 1̅ 1̅}‹2 1̅ 1̅ 6› und das basale Gleitsystem (0 0 0 1)[2 1̅ 1̅ 0]. Basale und pyramidale Stapelfehler wurden mittels TEM nachgewiesen. DFT und atomistische Simulationen bestätigten das Auftreten dieser Stapelfehler durch die Berechnung von Stapelfehlerenergien entlang der Gleitebenen. Ferner wird vermutet, dass sich pyramidale Stapelfehler durch einen synchroshear Mechanismus ausbilden können (Publikation 1). Eine Untersuchung der Sm-Co Phasen (Publikation 2) ergab, dass SmCo₂ ein Gleiten entlang (1 1 2) Ebenen und gleichzeitig Anzeichen für die Aktivierung von (1 1 n) Gleiten zeigt. Das Verformungsverhalten der strukturell komplexeren Phasen SmCo₃ und Sm₂Co₁₇, welche die Baustein-Phasen in ihren Kristallstrukturen enthalten, lässt sich aufgrund von Unterschieden in der lokalen Bindungsumgebung, speziell innerhalb der Co-Kagomé-Netze, nicht von den Bausteinen allein ableiten. Bei SmCo₃ überwiegt basales Gleiten im SmCo₅ Baustein, was auf eine erhöhte Bindungshybridisierung zwischen den Co-Schichten zurückzuführen ist, welche höhere Energiebarriere für basales gleiten im SmCo₂ Baustein bedingt. Bei Sm₂Co₁₇ deutet das häufige Auftreten von basalem Gleiten auf ein Hindern der nicht-basalen Plastizität hin, die durch eine höhere kritische Schubspannung ausgeglichen wird. Diese Arbeit zeigt, dass die Härte der vier Sm-Co-Phasen mit dem Co-Gehalt moderat steigt, während der Indentationsmodul mit höherem Co-Gehalt deutlich ansteigt, was mit den DFT-Berechnungen des Elastizitätsmoduls übereinstimmt. Die elastischen Eigenschaften der Sm-Co-Phasen folgen zwar diesem Trend, doch die plastische Verformung unterscheiden sich aufgrund komplexer atomarer Wechselwirkungen innerhalb des Kristallgitters. Das Sm-Co-System dient hier als repräsentatives Modell für intermetallische Systeme, welche strukturelle Beziehungen zwischen Phasen innerhalb des Systems oder mit anderen Systemen aufzeigen. Dabei ist es von Bedeutung, ihre mechanischen Eigenschaften und die zugrundeliegenden Mechanismen zu untersuchen, um ihre Ursprünge zu verstehen und abzuleiten, weshalb sie gehemmt oder begünstigt werden könnten. Zur Bestimmung von phasen- bzw. orientierungsabhängigen mechanischen Eigenschaften wurde ein Korrelationscode entwickelt, das die Bewertung der elastischen Konstanten mit Hilfe von EBSD, EDS und Nanoindentation ermöglicht (Publication3). Das Hauptziel dieses Werkzeugs besteht darin, den Analyseprozess mechanischer Eigenschaften intermetallischer Phasen und anderer Materialien voranzutreiben und Materialforschern ein zugängliches Verfahren zur Korrelation von mechanischen Eigenschaften und Orientierung in verschiedenen Materialsystemen zur Verfügung zu stellen. ger Intermetallic compounds, particularly topologically close-packed phases, often share structural motifs, which gives reason to the hypothesis that a relation in mechanical properties, and especially plastic deformation behaviour, can be inferred. This thesis elucidates the interplay of mechanical and structural properties in the Samarium-Cobalt intermetallic system, specifically exploring SmCo₂ and SmCo₅ as fundamental building blocks and their derivatives SmCo₃ and Sm₂Co₁₇.Through nanoindentation, micropillar compression and TEM, combined with DFT calculations, the mechanical properties, slip systems, stacking fault states and atomic bonding environments were characterized. In SmCo5, dislocation-mediated plasticity is revealed to be the dominant deformation mechanism as opposed to the previous hypothesis suggesting amorphous shear as the main mechanism (Publication 1). Nanomechanical testing, in form of slip trace analysis and micropillar compression, identified two primary slip systems, the second order pyramidal slip system {2 1̅ 1̅ 1̅}‹2 1̅ 1̅ 6› and the basal slip system (0 0 0 1)[2 1̅ 1̅ 0]. The presence of basal and pyramidal stacking faults was confirmed via TEM. DFT and atomistic simulations validated these stacking fault states by calculating energy barriers for rigid bodey displacement along these slip planes. It is further suggested that pyramidal stacking faults may form through a synchroshear slip mechanism (Publication 1). A broader investigation into Sm-Co phases (Publication 2) revealed that the other building block SmCo₂ shows prominent slip along (1 1 2) planes, while also showing signs for the activation of (1 1 n) slip. The structurally more complex phases SmCo₃ and Sm₂Co₁₇, that incorporate the building blocks in their structure, demonstrate deformation behaviour that cannot be solely inferred from combination of the individual building blocks due to alterations in the local bonding environment, particularly within Co Kagomé-net layers. For SmCo₃, basal slip in the SmCo₅ building block layer is identified to be the dominant mode, ascribed to an increased bonding hybridization between Co layers, which raises the energy barrier for basal slip in the SmCo₂ building block layer. In Sm₂Co₁₇, a high frequency of basal slip activation indicates an inhibition of non-basal plasticity accompanied by higher critical resolved shear stresses. This work shows that, while the hardness of the four Sm-Co phases is influenced by the cobalt content to a moderate extent, the indentation modulus increases significantly with higher cobalt content, aligning with Young’s modulus calculations from DFT. Elastic properties across the Sm-Co phases follow a rule of mixtures; however, plasticity mechanisms diverge due to complex interactions within the crystal lattice. The Sm-Co system serves as a representative model for intermetallic systems characterized by structural relationships between phases within the system or with other systems. It is crucial to perform thorough investigations into their mechanical properties and underlying mechanisms to further elucidate their origins and determine how these properties might be inhibited or facilitated. To estimate mechanical properties with regard to the material’s phases or crystallographic orientation, a correlative tool was developed, that enables the evaluation of elastic constants using EBSD, EDS, and mappings of mechanical properties with high-speed nanoindentation (Publication3). The primary objective of this tool is to advance the analysis process of mechanical properties intermetallic phases and other materials, and provide materials researchers with an accessible procedure to correlate mechanical properties with orientation or phase information across diverse material systems. eng Sm2Co17 SmCo5 atomistic simulation intermetallics nanoindentation plasticity StatID:(DE-HGF)0510 StatID OpenAccess 2025 Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2025, Kumulative Dissertation Dissertation Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen 2025 Fak05 2025-07-04 I:(DE-588b)36225-6 P:(DE-588)1376255383 RWTH Aachen 0 RWTH I:(DE-588b)36225-6 P:(DE-82)IDM00440 RWTH Aachen 1 RWTH I:(DE-588b)36225-6 P:(DE-82)IDM01070 RWTH Aachen 2 RWTH Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University 2026 1 Online-Ressource : Illustrationen 620 Dataset connected to Lobid/HBZ “Plasticity of the structurally related intermetallic phases in the Sm-Co system” vorgelegt von Tobias Stollenwerk, M. Sc. online HBZ HT031271964 Laufende Nummer 44907 datacite_doi 10.18154/RWTH-2025-07212 Aachen RWTH Aachen University 2025 2026 P:(DE-588)1376255383 Stollenwerk, Tobias 0 rwth English RWTH-2023-11611 RelatedTo RWTH-2024-02214 RelatedTo RWTH-2025-00336 RelatedTo G:(EU-Grant)852096 FunBlocks - Fundamental Building Blocks – Understanding plasticity in complex crystals based on their simplest, intergrown units (852096) 852096 ERC-2019-STG 0 "Plastizität der strukturell verwandten, intermetallischen Phasen im Sm-Co System" German I:(DE-82)523110_20140620 523110 Lehrstuhl für Werkstoffphysik und Institut für Metallkunde und Materialphysik 0 I:(DE-82)520000_20140620 520000 Fachgruppe für Materialwissenschaft und Werkstofftechnik 1