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Beugungsexperimente an unterkühlten Metallschmelzen

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8 1. Einleitung FranksÜberlegungen werden durch neuere molekulardynamische Computersimulatio- nen an Lennard-Jones-Flüssigkeiten [7, 8] gestützt. Es sei darauf hingewiesen, dass sich diese Betrachtungen ausschließlich auf metallische Elemente bzw. Legierungen beziehen, bei denen man davon ausgeht, dass das Wech- selwirkungspotential zwischen zwei Atomen radialsymmetrisch ist. Bei Materialien, die sich durch kovalente Bindungen auszeichnen, muss man aufgrund ihrer gerichte- ten Bindungen andere lokale Nahordnungen annehmen. Von experimenteller Seite gibt es bislang nur indirekte Hinweise auf eine polytetra- edrische Nahordnung in Form von Untersuchungen zur Abhängigkeit der maximalen Unterkühlbarkeit von der Struktur der festen Phase [9, 10]. Sie sprechen für die Exi- stenz einer solchen Nahordnung in unterkühlten Schmelzen. Direkte Untersuchungen der Nahordnung in unterkühlten Schmelzen in Form von Beugungsexperimenten wa- ren bisher nicht bekannt, so dass die Frage zur Nahordnung in unterkühlten Schmelzen als ungeklärt gilt. Beugungsexperimente wurden an Schmelzen bislang nur oberhalb der Schmelztemperatur durchgeführt, wie zum Beispiel Neutronenstreuexperimente an quasikristallbildenden Al-Mn Schmelzen [11]. Molekulardynamische Berechnungen basierend auf diesen Neutronenstreuexperimenten zeigen in der quasikristallbildenden Legierung Al80Mn20  oberhalb von Tm  in der Schmelze erste Anzeichen von ikosaedri- scher Nahordnung, die mit steigender Unterkühlung zunimmt [12]. An amorphen Festkörpern sind Ergebnisse aus Neutronenbeugungsexperimenten bereits bekannt, die sich unter Annahme einer ikosaedrischen Nahordnung deuten ließen [13]. In der vorliegenden Arbeit wurde erstmals die Technik der Neutronenbeugung an unterkühlten flüssigen Systemen eingesetzt, um die Frage nach der Nahordnung un- terkühlter Schmelzen und ihrer Entwicklung mit steigender Unterkühlung zu untersu- chen. Zusätzlich zu den Neutronenbeugungsexperimenten fanden zur Strukturuntersu- chung von metallischen Schmelzen auch Beugungsexperimente mit Synchrotronstrahl- ung statt. Dabei wurden mit beiden Techniken unterkühlte Schmelzen reiner Metalle und solche von Legierungen, die quasikristalline oder polytetraedrische Phasen bil- den, untersucht. Reine Metalle sind in Hinblick auf die Analyse der topologischen Nahordnung besonders vorteilhaft, denn hier muss der Aspekt einer chemischen Nah- ordnung nicht berücksichtigt werden. Ziel der Beugungsexperimente mit Neutronen und Synchrotronstrahlung ist es, die radialen Verteilungsfunktionen der unterkühlten Schmelzen zu bestimmen, sowie den gemessenen Strukturfaktor mit dem Struktur- faktor eines einfachen Modells zu vergleichen. Beides ermöglicht Rückschlüsse auf die Nahordnung. Bei Legierungen erlaubt eine Variation der Zusammensetzung, unter Voraussetzung einer isomorphen Substitution zweier Legierungselemente, in Verbin- dung mit Neutronenstreuung, Aussagen  über die chemische Nahordnung zu machen. Für diese Experimente wurde zunächst eine elektromagnetische Levitationsanlage aufgebaut, die auch ohne weiteres mit einem Diffraktometer an einer Neutronenquelle kombiniert werden kann. Neben der Frage nach der topologischen Struktur von unterkühlten Metallschmel- zen stellt sich für unterkühlte  CoPd-Schmelzen darüber hinaus die Frage einer ma- gnetischen Ordnung. So deuten ¹SR-Messungen in unterkühlten Co80Pd20-Schmelzen
  
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