Untersuchung des Sinterverhaltens von Fe-Si-Cu-Mischungen. - 74 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
Bei der Entwicklung pulvermetallurgisch hergestellter Funktionswerkstoffe sind Kenntnisse über das Sinterverhalten der eingesetzten Pulvermischungen erforderlich. In dieser Arbeit wurden die auftretenden Umwandlungsprozesse und Phasenbildungen beim Flüssigphasensintern einer Fe-Si-Cu-Mischung untersucht. Im Hinblick auf die Anwendung als weichmagnetischer Sinterverbundwerkstoff wurde hierzu die Ausbildung einer siliziumhaltigen Partikelgrenzphase entlang der ferromagnetischen Eisenbasispartikel angestrebt, welche die Wirbelstromverluste im Material reduziert und weiterhin eine gute mechanische Festigkeit aufweist. Die Charakterisierung der infolge von Diffusionsprozessen während des Sinterns auftretenden Effekte erfolgte an Laborproben mit verschiedenen thermischen Analyseverfahren (Differenz-Dilatometrie, Thermogravimetrie und dynamische Differenzkalorimetrie), der Röntgendiffraktometrie sowie einer Gefügeanalyse.
Mahlkörper zur Elektromechanischen Trocken- und Nassmahlung von Rohstoffen und Materialien. - 103 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2014
In der Baustoff herstellenden Industrie ist es zunehmend wichtiger, energieeffizienter zu arbeiten. Hier werden für Mahlprozesse hauptsächlich Kugel-, Walz- und Schwingmühlen verwendet. Diese Anlagen sind durch das Prinzip der Energieübertragung stark verlustbehaftet. Als Alternative bietet sich die elektromechanische Trockenmahlung an. Hiermit sind große Energieeinsparungen möglich, da die Energie direkt auf die Mahlkörper übertragen wird. Allerdings sind alle auf dem Markt verfügbaren Mahlkörper für die elektromechanische Mahlung ungeeignet, da sie keine ausreichenden magnetischen Eigenschaften aufweisen. Voruntersuchungen am Fachgebiet Anorganisch-nichtmetallische Werkstoffe der TU Ilmenau zeigen, dass Strontiumhexaferrit als Ausgangsmaterial geeignet ist. Dieses Material besitzt hinreichende magnetische Eigenschaften und ist zudem kostengünstig. Ziel dieser Arbeit ist es, den Verschleißwiderstand der daraus hergestellten Mahlkörper so zu erhöhen, dass ein spezifischer Verschleiß von < 100 g/t erreicht wird. Dies soll über die Verringerung der Porosität in den Mahlkörpern erfolgen. Hierzu wurden von Projektpartnern zwei verschieden hergestellte Hexaferritmaterialien zur Verfügung gestellt. Daraus wurden Grünlingschargen mit unterschiedlich aufgemahlenen Pulvern und verschiedenen Sinterhilfsmitteln hergestellt. Nach dem Sintern zeigte sich, dass das Ausgangsmaterial einen großen Einfluss auf den Verschleißwiderstand der Mahlkörper hat. Dieses muss intrinsische mechanische Eigenschaften aufweisen, die im Mahlkörper zu einem verschleißfesten Gefüge führen. Die Variation verschiedener Sinterhilfsmittel beeinflusste den Verschleiß nur gering. Der Einfluss der Partikelgrößenverteilung der Ausgangspulver auf die Verschleißfestigkeit konnte nicht eindeutig nachgewiesen werden. Hier sind weitere systematische Untersuchungen notwendig. Allerdings konnte nicht nachgewiesen werden, dass eine geringe Porosität automatisch zu einem größeren Verschleißwiderstand führt, da die Zusammenhänge von den Eigenschaften der Ausgangsmaterialien überlappt werden.
Herstellung und Charakterisierung von Dünnschichten aus dotiertem Bariumhexaferrit durch HF-Co-Sputtern. - 60 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2014
In dieser Arbeit wurde die Möglichkeit der Herstellung von dünnen Titan-Cobalt-substituierten Bariumhexaferrit-Schichten mittels HF-co-Sputterns untersucht. Unterschiedliche Substitutionsgehalte wurden erzeugt, um eine kristalline Struktur BaFe12-x-yTixCoyO19 zu realisieren. Die Schichten wurden auf Aluminiumoxid- und LTCC- (low temperature co-fired ceramic) Substraten abgeschieden. Die chemische Zusammensetzung der Schichten wurde mittels EDX und ICP-OES ermittelt. Die Morphologie der Oberfläche der Schichten vor und nach einer Wärmebehandlung wurde am REM analysiert. Die Ausbildung unterschiedlicher Phasen wurde mit XRD beobachtet, in Abhängigkeit von dem Substitutionsgehalt, dem verwendeten Substrat und den Parametern der Wärmebehandlung. Die magnetischen und elektromagnetischen Eigenschaften wurden charakterisiert mittels VSM und Bestimmung der S-Parameter in Abhängigkeit von der Frequenz. In dieser Arbeit konnten Ti-substituierte Bariumhexaferrit Schichten auf Aluminiumoxid-Substraten mit unterschiedlichen Substitutionsgehalten mittels HF-co-Sputtern und anschließender Wärmebehandlung erzeugt werden. Die Co-Konzentration fiel geringer aus, als nach den Voruntersuchungen erwartet. Die statischen magnetischen Eigenschaften werden durch die Schichtdicke beeinflusst. Die magnetische Remanenz fällt und die Koerzitivfeldstärke steigt bei geringerer Schichtdicke. Die auf LTCC abgeschiedenen Schichten kristallisieren bei gleichen Prozessparametern nicht zu reinem Bariumhexaferrit. Die nicht substituierte Schicht bildet bei einer Wärmebehandlung (900 ˚C für 30 min) neben Bariumhexaferrit eine Hämatitphase aus. Um den Einfluss des Substratmaterials auf das Kristallisationsverhalten zu untersuchen, sollten in-situ Hochtemperatur XRD Studien durchgeführt werden.
Tiefenaufgelöste Härtemessung zur Beurteilung von Initiatoren der Glasalterung. - 80 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2014
Vier Modellgläser, A, B, C und D, zusammengesetzt aus 72 % SiO2, 14 % Na2O und jeweils 14 % CaO, B2O3, Al2O3 und ZnO wurden in dieser Arbeit verwendet, um den Zusammenhang zwischen chemischen Angriff und mechanischen Oberflächeneigenschaften zu untersuchen. Die Gläser wurden bis zu sieben Tage lang bei 60˚C und 85 % relativer Luftfeuchtigkeit korrodiert. An den korrodierten Proben wurden tiefensensitive Härtemessungen mittels Nanoindentation durchgeführt. Dabei wurde festgestellt, dass die Gläser A und B stark, die Gläser C und D nur schwach korrodieren, also die Korrosionsneigung von der chemischen Zusammensetzung des Glases abhängt. Weiterhin beschleunigt eine Erhöhung der Temperatur das Fortschreiten der Korrosion. Dieser Effekt tritt bei allen Gläsern auf, ist jedoch in Ausprägung und Stärke wieder abhängig von der Zusammensetzung des Glases. Als den größten Einfluss auf die Streuung der Messung hat sich die inhomogene Veränderung der Oberfläche herausgestellt, wobei sowohl lokale Korrosionserscheinungen als auch der gesamte Alterungsprozess eine Rolle spielen.
Glättung von Oberflächen fotostrukturierter Glasbauteile für optische Anwendungen. - 98 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2014
Fotostrukturierbare Gläser erlauben die Herstellung optisch transparenter Mikrosysteme für verschiedene Anwendungen mittels Lithografie im Maskaligner. Die Anwendungsmöglichkeiten reichen von Mikrofluidikkanälen für Lab-on-a-Chip-Anwendungen bis hin zu mehrschichtig aufgebauten, dreidimensionalen Bauteilen. Ein Vertreter letzterer Gruppe ist ein Aerosol-Druckkopf, der zur in-situ Untersuchung der Aerosolbildung optisch transparente Seitenwände benötigt. Die vorliegende Arbeit untersucht im Hinblick auf diese Anwendung Möglichkeiten, die Transparenz der Seitenwände fotostrukturierter Glasbauteile aus FS21, einem fotostrukturierbaren Glas, zu steigern. Bei der Fotostrukturierung entstehen prozessinhärent Rauheiten auf ausgezeichneten Glasoberflächen. Um die Bauteile optisch nutzen zu können müssen daher diese Rauheiten beseitigt, und die Oberflächen geglättet werden. Zu diesem Zweck werden verschiedene in der Literatur beschriebene Methoden zum Glätten von Glasoberflächen diskutiert und evaluiert. Anschließend wird ein nasschemischer Ätzprozess mit Flusssäure vorgeschlagen, der zum Glätten von Glasoberflächen eingesetzt werden kann. Dazu wird der Ätzangriff der Ätzlösung durch eine Strömung anisotrop gestaltet. Die praktische Umsetzung und Evaluierung des Prozesses schließen diese Arbeit ab. Es werden Glättungseffekte um bis zu 25% für Ra, sowie 65% für Rz und 38% für Rt erzielt.
Untersuchung zur Beschichtbarkeit von fotostrukturierbarem Glas mit Titandioxid. - 86 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2014
Im Rahmen dieser Bachelorarbeit sollten die Wechselwirkungen durch Kombination zweier Prozesse bestimmt werden. Der erste dieser beiden Prozesse ist der Beschichtungsprozess mittels Sol-Gel-Technik, der zweite der Fotostrukturierungsprozess. So wurde im ersten Schritt der Beschichtungsprozess untersucht und Beschichtungen an Borosilikat-Objektträgergläsern durchgeführt. Dabei wurden das Sol und die Beschichtungsparameter variiert. Folgende Parameter konnten u.a. variiert werden: - Viskosität des Sols, - Ziehgeschwindigkeiten des Tauchbeschichters, - Temperregime. - Im Anschluss wurden einige Eigenschaften der Schichten analysiert und dargestellt. Daten für die Auswertung wurden aus Beobachtungen über ein Lichtmikroskop-, XRD-Aufnahmen und durch Messungen am Schichtdicken- und Rauhigkeitsmessgerät AlphaStepIQ der Firma KLA Tencor sowie Messungen am Transmissionsmessgerät gewonnen. Dadurch konnten Transmissionsgradkurven und Schichtdicken in Abhängigkeit der Beschichtungsparameter ermittelt werden. Es konnten somit Schichten von einigen zehn Nanometern bis ca. 200 Nanometern aufgebracht werden. Durch eine qualitative Phasenanalyse konnte die Titandioxidmodifikation Anatas in der aufgebrachten Schicht nachgewiesen werden. Weiterhin ergaben sich Aufschlüsse über die Schichttopographie und es wurden Cluster innerhalb der Schicht entdeckt. Der zweite Schritt bildete die Kombination des Fotostrukturierungsprozesses mit dem Beschichtungsprozess. Dafür wurde ein anderes Substrat verwendet und die Beschichtungen auf ein FS 21-Substrat fortgeführt. Variiert wurden die Zeitpunkte der Belichtung und der Beschichtung sowie deren thermische Nachbehandlung. so dass Beschichtungen auf FS 21-Substraten und Glaskeramiken stattfanden. Diese wurden mittels Rasterelektronenmikroskop und Transmissionsmessgerät analysiert. Bei den Messungen an der Materialpaarungen Titandioxidschicht auf fotostrukturierbarem Glassubstrat ergaben Aufschlüsse über die Wechselwirkungen der beiden Materialien miteinander und im Bereich des primären und sekundären Kristallwachstums des FS 21-Substrates in Abhängigkeit des Prozessverlaufes.
Depostiton von Kieselglas auf optischen Fasern mittels CO2-Laser zur Erzeugung einer funktionalen Beschichtung. - 79 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2013
In der Arbeit wird untersucht, ob eine Deposition von Kieselglas auf optischen Fasern mit einem CO2-Laser möglich ist. Die so erzeugte Beschichtung dient zur Entsorgung/Auskopplung von unerwünschter Laserstrahlung in der Faser über einen großen Leistungsbereich, wodurch auch der Einsatz in Hochleistungs-Fasersteckern möglich ist. Nach der Beschichtung wurde der Kieselglasschmauch durch einen weiteren CO2-Laserprozess auf der Faseroberfläche verfestigt. Anschließend erfolgte eine umfangreiche Charakterisierung, dieser auch als Modenabstreifer bezeichneten Faserbeschichtung. Zunächst wurden Struktur und Zusammensetzung der Beschichtung mit einem Lichtmikroskop, einem Rasterelektronenmikroskop und einem Röntgendiffraktometer untersucht. Die materialwissenschaftlichen Untersuchungen bestätigten eine poröse Schicht aus Kieselglasschmauch mit ungleichmäßig dichter Verteilung. Über Dämpfungsmessungen und Messungen der Numerischen Apertur für verschieden lang beschichtete Fasern konnten Aussagen über die Funktion und Wirkungsweise gewonnen werden. Der dabei verwendete Laserleistungsbereich von einigen 100 mW bis über 200 W bestätigte eine erfolgreiche und uneingeschränkte Eignung auch für hohe Laserleistungen. Die abschließenden Untersuchungen zur Biege- und Zugfestigkeit lieferten unterschiedliche Ergebnisse. Während die Biegeversuche nur eine geringe Beeinträchtigung der mechanischen Festigkeit in Bezug auf eine unbeschichtete Faser zeigten, wiesen die Zugversuche eine relativ hohe Streuung auf. Hinsichtlich der mechanischen Festigkeit als auch Homogenität der Beschichtung sind weitere Untersuchungen für belastbarere Aussagen erforderlich. Schlagwörter: Modenabstreifer, Deposition von Kieselglas, CO2-Laser, Entfernen von Mantelmoden, Kieselglasschmauch
Optimierung eines Messverfahrens zur Charakterisierung keramischer Extrusionsmassen. - 50 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2013
Vorstellung von zwei Messverfahren, mit denen man Parameter bestimmen kann, die für die Fließeigenschaften einer keramischen Extrusionsmasse stehen. Dazu werden die theoretischen Grundlagen erklärt und mit Beispielen untersetzt.
Untersuchung zur Verwendung von Hochtemperatursupraleitungen als Magnetfeldquelle für die Lorentzkraft-Anemometrie an Elektrolytströmungen. - 68 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2013
Zur Bestimmung der Durchflussgeschwindigkeit wird in der Lorentzkraft-Anemometrie (LKA) die Reaktionskraft genutzt, die auf ein Magnetsystem wirkt, welches sich in der Nähe eines Kanals mit einem strömenden elektrisch leitfähigen Fluid befindet. In der vorliegenden Arbeit werden die physikalischen Zusammenhänge der LKA sowie die Grundlagen und Handhabung von Hochtemperatursupraleitern (HTSL) im flüssigen Stickstoff (LN2) Bad beschrieben. Dazu wurde ein Verfahren zum Einfrieren des Magnetfeldes kommerziell erworbener HTSL-Bulk auf YBCO Basis unter Verwendung eines vorhandenen 5-T cryogenfreiem Hochfeldmagneten (5-T CFM) erarbeitet. Für einen kommerziell erworbenen HTSL-Typ (YBCO, Hersteller: ATZ GmbH, Deutschland/Torgau) werden die Grenzen der einfrierbaren Magnetfelder bei unterschiedlichen Bulkgeometrien und eingestellten externer magnetischen Flussdichten bei 77 K präsentiert. Die magnetische Flussdichteverteilung in der Nähe der Oberfläche des HTSL-Bulks wird mit einem für die Kryotemperatur angepassten Messaufbau ermittelt, um auf Basis des Beanmodell's die eingeprägte kritische Stromdichte im HTSL-Bulk abzuschätzen. Mit Hilfe dieser modellierten Stromdichte wird die Flussdichteverteilung und damit bei konstant strömenden Elektrolyt, die auf die HTSL wirkende Lorentzkraft berechnet. Eine Vergleichssimulation mit NdFeB-Magnete der gleichen Masse zeigt letztlich das Potenzial der HTSL bei Einsatz in der LKA auf.
Oberflächenbehandlung von Glaspresslingen und Cu-/Al-Bauteilen zur Haftungsoptimierung in Glas-Metall-Durchführungen für Li-Ionen Akkumulatoren. - 132 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2013
Aufgrund der Bestrebung von Gewichtsreduktionen und des guten, natürlichen Korrosionsschutzes, wird vorwiegend das Leichtmetall Aluminium zur Fertigung von Li- Ionen-Akkumulatorgehäusen verwendet. Dies hat zur Folge, dass an das Gehäuse anzubringende Komponenten aus demselben Material gefertigt sein müssen, um eine Verbindung mittels Verschweißen herstellen zu können. Deshalb befasst sich die vorliegende Bachelorarbeit mit der Oberflächenbehandlung von Einzelkomponenten einer neuen Art von Glas-Metall-Durchführung, die als GTAS® bzw. Glass-To-Aluminium- Seal bezeichnet wird. Hierbei handelt es sich um eine hermetisch dichte Einglasung aus Kupfer- und Aluminiumwerkstoffen, welche dazu dient, einen spannungsführenden Leiter von seiner Umgebung zu isolieren. Im Akkumulator besitzt sie die Funktion, den Elektrolyt abzuschirmen und gleichzeitig die Elektroden mit der Elektrik und Elektronik zu verbinden. Durch eine effektive und aufeinander abgestimmte Anpassung der Bauteiloberflächen soll eine Haftungsoptimierung erzielt werden, wodurch die hermetische Dichtheit der Durchführung garantiert und die mechanische Belastungsgrenze erhöht wird. Hierzu werden chemische, physikalische und thermische Behandlungsmethoden an der Materialoberflächen getestet und ausgewertet.