Transportrouten und Diffusionspfade in Werkstoffen

Der Begriff Route (bzw. Routes) bezeichnet in den Werkstoffwissenschaften allgemein einen diskreten oder kontinuierlichen Pfad, entlang dessen sich Teilchen, Energie, Defekte oder Phasengrenzen durch einen Werkstoff bewegen oder dieser verarbeitet wird. Zwei zentrale Bedeutungsbereiche sind dabei zu unterscheiden: Transport- bzw. Diffusionspfade und prozesstechnische Routen.

Als Transportroute wird der bevorzugte Weg verstanden, den Atome, Ionen, Elektronen oder Versetzungen in der Mikrostruktur nehmen. Beispiele sind Korngrenzendiffusion als schnelle Route im Vergleich zur Volumendiffusion, Diffusionspfade entlang Stapelfehlern oder Versetzungsröhren sowie Perkolationsrouten in porösen Medien. Die lokale Atomkonfiguration, Defektdichte und Kristallorientierung bestimmen dabei die Aktivierungsenergie und damit die Effektivität der jeweiligen Route.

Im prozesstechnischen Kontext beschreibt eine Route eine definierte Abfolge von Verfahrensschritten zur Einstellung bestimmter Gefüge- und Eigenschaftszustände, etwa eine thermomechanische Behandlungsroute (Umformen, Zwischenglühen, Abschrecken, Anlassen) oder eine Pulversynthese- und Sinterroute. Die Wahl der Route beeinflusst maßgeblich Segregation, Phasenverteilung, Textur und Eigenspannungszustand.

Für die Modellierung werden Routen häufig als Graphen oder kontinuierliche Pfade im realen oder Konfigurationsraum beschrieben, z.B. Diffusionsrouten auf dem Potentialenergie-Hyperflächen oder Transformationsrouten in Zustandsdiagrammen. Das gezielte Engineering von Routen – sowohl auf atomarer Ebene (Diffusionspfade) als auch auf Prozessebene (Herstellrouten) – ist zentral für das Design leistungsfähiger Werkstoffe.

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