Bachelor and master/diploma theses

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Broßmann, Christian;
Verkapselung von chemischen Neutralisationsagenzien und Bewertung ihrer mechanischen Eigenschaften. - Ilmenau. - 87 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2023

Die Motivation für diese Arbeit begründet sich durch die von Chemikalienunfällen ausgehende Gefährdungen für Rettungs- und Einsatzkräfte. Durch das schnelle Einleiten geeigneter Gegenmaßnahmen können die gesundheitsgefährdenden Auswirkungen bei direktem Hautkontakt eingegrenzt werden. Ein universell einsetzbares Dekontaminationsmittel würde eine signifikante Verbesserung des Ist-Zustandes darstellen, da der Gefahrstoff nicht immer bekannt ist oder entsprechende Gegenmittel nicht am Unfallort vorhanden sind. In einer chemischen Wirksamkeitsstudie wurden Gefahrstoff und Dekontaminations- (Dekon)-Agenz zu gleichen Teilen vermischt. Über einem Zeitraum von 15 Minuten wurde die Änderung des Redoxpotentials [mV], des pH-Wertes und der Temperatur [˚C] minütlich gemessen. Anschließend soll der aktive Wirkstoff in ein polymeres Verkapselungsmaterial integriert werden. Die additive Fertigung, auch bekannt als 3D-Druck, ist ein Fertigungsverfahren bei dem Materialschichten (Layer) nacheinander aufgetragen werden bis ein fertiges Produkt entstanden ist. Mit dem Fused Deposition Modeling-Filamentdruck ist die Realisierung von Wirkstoffreservoirs mit nahezu frei wählbarer Geometrie möglich. Mit einer Computer-Aided Design-Software wurden drei Kapseldesigns für den 3D-Druck entworfen. Die einwandigen Hohlkapseln sollen aus Polyethylenterephthalat mit Glykol-, Polycarbonat-, Polypropylen- und High Impact Polystyrole-Filament hergestellt werden. Der Einfluss der Druckparameter auf das Ergebnis wurde untersucht und daraus die optimalen Parameter für den Kapseldruck abgeleitet. Die leeren Kapseln wurden an einem Texture Analyzer untersucht, um die Korrelation zwischen den mechanischen Eigenschaften und der Druckfähigkeit zu bestimmen. Zusätzlich wurde der Einfluss einer UV-Aushärtung auf die mechanischen Eigenschaften der Kapseln untersucht.



Jose, Rose Mary;
Control improvement in Large-Area Top-Down GaN nanowire fabrication. - Ilmenau. - 59 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2023

Die Herstellung von Nanodrähten hat aufgrund ihrer einzigartigen Eigenschaften und potenziellen Anwendungen in verschiedenen Bereichen große Aufmerksamkeit erregt. In dieser Studie wurden zwei Ansätze zur Strukturierung im Nanomaßstab für die Top-Down-Fertigung von GaN-Nanodrähten unter Verwendung der Metallentfeuchtung und der Nanosp̈harenlithografie untersucht, um GaN-Nanodraht-Ensembles mit einheitlicher Größenverteilung, Dimensionsmanipulation und großer Fläche zu erhalten.Die Methode der Metallentwässerung umfasst das kontrollierte Ausglühen eines dünnen Metallfilms, die Bildung von 3D-Inseln im Nanomaßstab und das Ätzen von oben nach unten. In dieser Arbeit wurde der Metallentwässerungsprozess erforscht und durch Variation von Parametern wie Glühtemperatur, Glühdauer, Metallfilmdicke und Oberflächenenergie der Entnetzung optimiert, um die gewünschte Nanodrahtgröße zu erreichen. Um die Dimension des hergestellten Nanodraht-Ensembles zu kontrollieren, wurde außerdem digitales Ätzen eingesetzt, um das Verhältnis zwischen Nanodrahtdurchmesser und -abstand zu manipulieren, das durch die Art der Entnetzung bestimmt wird. Dank der optimierten Entnetzungsparameter und des digitalen Ätzens zeigte die Top-Down-Fertigung von GaN-Nanodrähten mit der durch Metallentnetzung gebildeten Maske eine gute Gleichmäßigkeit der Nanodrahtgröße über einen großen Bereich und einen breiten Bereich der Kontrolle über die Abmessungen. Zusätzlich zu den GaN-Nanodraht-Ensembles, die von oben nach unten durch Anwendung der Metallentwässerungsmaske hergestellt werden, wird auch die Nanosphärenlithografie (NSL) erforscht, bei der die Polystyrolkugel als Strukturierungsmaterial verwendet wird, um eine einheitlichere Dimension des GaN-Nanodraht-Ensembles als bei der Metallentwässerungsmethode zu erhalten. Die Abscheidung der Nanokugeln erfolgt mit Hilfe von Spin Coating- und Langmuir-Blodgett-Abscheidungsmethoden, die eine großflächige Monolayer-Abdeckung fördern. Ähnlich wie beim digitalen Ätzen, das für die Metallentwässerung entwickelt wurde, wurde ein Sauerstoffplasma-Ätzverfahren eingeführt, um den Durchmesser und den Abstand der Polystyrolkugeln zu verändern, deren Größe und Form von den hergestellten GaN-Nanodrähten übernommen werden kann. Obwohl das in dieser Arbeit hergestellte Nanodraht-Ensemble noch nicht den Idealfall erreicht hat, macht eine weitere Optimierung der Verarbeitung diese Herstellungsmethode vielversprechend für industrielle Anwendungen. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die in dieser Arbeit vorgestellten Ansätze zur Metallentnetzung und NSL einfache und skalierbare Vorteile gegen über den konventionellen Lithographiemethoden zur Herstellung von GaN-Nanodrähten mit kontrollierten Abmessungen bieten. Die Herstellung von Nanodrähten hat aufgrund ihrer einzigartigen Eigenschaften und potenziellen Anwendungen in verschiedenen Bereichen große Aufmerksamkeit erregt. In dieser Studie wurden zwei Ansätze zur Strukturierung im Nanomaßstab für die Top-Down-Fertigung von GaN-Nanodrähten unter Verwendung der Metallentfeuchtung und der Nanosphärenlithografie untersucht, um GaN-Nanodraht-Ensembles mit einheitlicher Größenverteilung, Dimensionsmanipulation und großer Fläche zu erhalten.Die Methode der Metallentwässerung umfasst das kontrollierte Ausglühen eines dünnen Metallfilms, die Bildung von 3D-Inseln im Nanomaßstab und das Ätzen von oben nach unten. In dieser Arbeit wurde der Metallentwässerungsprozess erforscht und durch Variation von Parametern wie Glühtemperatur, Glühdauer, Metallfilmdicke und Oberfl̈ achenenergie der Entnetzung optimiert, um die gewünschte Nanodrahtgröße zu erreichen. Um die Dimension des hergestellten Nanodraht-Ensembles zu kontrollieren, wurde außerdem digitales Ätzen eingesetzt, um das Verhältnis zwischen Nanodrahtdurchmesser und -abstand zu manipulieren, das durch die Art der Entnetzung bestimmt wird. Dank der optimierten Entnetzungsparameter und des digitalen Ätzens zeigte die Top-Down-Fertigung von GaN-Nanodrähten mit der durch Metallentnetzung gebildeten Maske eine gute Gleichmäßigkeit der Nanodrahtgröße über einen großen Bereich und einen breiten Bereich der Kontrolle über die Abmessungen. Zusätzlich zu den GaN-Nanodraht-Ensembles, die von oben nach unten durch Anwendung der Metallentwässerungsmaske hergestellt werden, wird auch die Nanosphärenlithografie (NSL) erforscht, bei der die Polystyrolkugel als Strukturierungsmaterial verwendet wird, um eine einheitlichere Dimension des GaN-Nanodraht-Ensembles als bei der Metallentwässerungsmethode zu erhalten. Die Abscheidung der Nanokugeln erfolgt mit Hilfe von Spin Coating- und Langmuir-Blodgett-Abscheidungsmethoden, die eine großflächige Monolayer-Abdeckung fördern. Ähnlich wie beim digitalen Ätzen, das für die Metallentwässerung entwickelt wurde, wurde ein Sauerstoffplasma-Ätzverfahren eingeführt, um den Durchmesser und den Abstand der Polystyrolkugeln zu verändern, deren Größe und Form von den hergestellten GaN-Nanodrähten übernommen werden kann. Obwohl das in dieser Arbeit hergestellte Nanodraht-Ensemble noch nicht den Idealfall erreicht hat, macht eine weitere Optimierung der Verarbeitung diese Herstellungsmethode vielversprechend für industrielle Anwendungen. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die in dieser Arbeit vorgestellten Ansätze zur Metallentnetzung und NSL einfache und skalierbare Vorteile gegen über den konventionellen Lithographiemethoden zur Herstellung von GaN-Nanodrähten mit kontrollierten Abmessungen bieten. Die Herstellung von Nanodrähten hat aufgrund ihrer einzigartigen Eigenschaften und potenziellen Anwendungen in verschiedenen Bereichen große Aufmerksamkeit erregt. In dieser Studie wurden zwei Ansätze zur Strukturierung im Nanomaßstab für die Top-Down-Fertigung von GaN-Nanodrähten unter Verwendung der Metallentfeuchtung und der Nanosphärenlithografie untersucht, um GaN-Nanodraht-Ensembles mit einheitlicher Größenverteilung, Dimensionsmanipulation und großer Fläche zu erhalten. Die Methode der Metallentwässerung umfasst das kontrollierte Ausglühen eines dünnen Metallfilms, die Bildung von 3D-Inseln im Nanomaßstab und das Ätzen von oben nach unten. In dieser Arbeit wurde der Metallentwässerungsprozess erforscht und durch Variation von Parametern wie Glühtemperatur, Glühdauer, Metallfilmdicke und Oberflächenenergie der Entnetzung optimiert, um die gewünschte Nanodrahtgröße zu erreichen. Um die Dimension des hergestellten Nanodraht-Ensembles zu kontrollieren, wurde außerdem digitales Ätzen eingesetzt, um das Verhältnis zwischen Nanodrahtdurchmesser und -abstand zu manipulieren, das durch die Art der Entnetzung bestimmt wird. Dank der optimierten Entnetzungsparameter und des digitalen Ätzens zeigte die Top-Down-Fertigung von GaN-Nanodrähten mit der durch Metallentnetzung gebildeten Maske eine gute Gleichmäßigkeit der Nanodrahtgröße über einen großen Bereich und einen breiten Bereich der Kontrolle über die Abmessungen. Zusätzlich zu den GaN-Nanodraht-Ensembles, die von oben nach unten durch Anwendung der Metallentwässerungsmaske hergestellt werden, wird auch die Nanosphärenlithografie (NSL) erforscht, bei der die Polystyrolkugel als Strukturierungsmaterial verwendet wird, um eine einheitlichere Dimension des GaN-Nanodraht-Ensembles als bei der Metallentwässerungsmethode zu erhalten. Die Abscheidung der Nanokugeln erfolgt mit Hilfe von Spin Coating- und Langmuir-Blodgett-Abscheidungsmethoden, die eine großflächige Monolayer-Abdeckung fördern. Ähnlich wie beim digitalen Ätzen, das für die Metallentwässerung entwickelt wurde, wurde ein Sauerstoffplasma-Ätzverfahren eingeführt, um den Durchmesser und den Abstand der Polystyrolkugeln zu verändern, deren Größe und Form von den hergestellten GaN-Nanodrähten übernommen werden kann. Obwohl das in dieser Arbeit hergestellte Nanodraht-Ensemble noch nicht den Idealfall erreicht hat, macht eine weitere Optimierung der Verarbeitung diese Herstellungsmethode vielversprechend für industrielle Anwendungen. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die in dieser Arbeit vorgestellten Ansätze zur Metallentnetzung und NSL einfache und skalierbare Vorteile gegen über den konventionellen Lithographiemethoden zur Herstellung von GaN-Nanodrähten mit kontrollierten Abmessungen bieten.



Jamal, Muhammad;
Efficient Preparation of 2D Materials for Energy Conversion. - Ilmenau. - 74 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2023

Die Eigenschaften von zweidimensionalen (2D) Materialien unterscheiden sich erheblich von ihren massiven Gegenstücken, einschließlich ihrer kristallografischen Ausrichtung, Struktur sowie ihrer magnetischen, elektrischen, mechanischen, thermischen und optischen Eigenschaften. Abgesehen davon, dass das Verhältnis von Oberfläche zu Volumen für eine bessere katalytische Aktivität viel höher ist, können wir die Dicke der Nanomaterialien fein abstimmen, um ihre Eigenschaften zu verändern. Es ist von größter Bedeutung, Wege zu finden, um 2D-Materialien kostengünstig, einfach herzustellen und ungiftig zu produzieren. In diesem Bericht haben wir MoS2 und NiPS3 effizient exfoliert. Bei MoS2 haben wir massiven Gegenstücken durch Schleifen und Flüssigphasen-Exfoliation (LPE) mit Hilfe von Flüssig-N2 (L-N2) in einlagige dicke Nanoblätter exfoliert. Die mechanische Exfoliation mit einem Achatmörtel legt mehr aktive Stellen frei, indem sie Risse in der Masse erzeugt. Dies wird durch die schnellen Temperaturschwankungen aufgrund von L-N2 unterstützt, die zu einer Vergrößerung des Intraschichtabstands führen. Anschließend wird das Pulver beschallt, um das Material weiter aufzubrechen, und anschließend werden große und nicht aufgebrochene Partikel aus der Lösung entfernt. NiPS3 ist ein hervorragender Lichtabsorber; daher wollten wir diese Eigenschaft für die Wasserentsalzung nutzen. NiPS3 werden mit Hilfe eines MSESD-Verfahrens (Mix Solvents Exfoliation-Surface Deposition) abgeschieden, bei dem die Kristalle durch Mahlen mechanisch abgeschieden, später in einem 1:1-Verhältnis von Wasser und IPA beschallt und schließlich durch Zentrifugation von sedimentierten, nicht abgeschiedenen Partikeln befreit werden. NiPS3 ist in Wasser und Luft instabil; daher haben wir wässriges PVA auf NiPS3 aufgetragen, das in Wasser/IPA-Lösung verteilt war. REM- und AFM-Bilder, XRD- und Raman-Spektren bestätigen, dass die Dicke der gebildeten Nanoblätter 1-4 Monoschichten beträgt. Die HAADF-STEM- und HAADF-EELS-Aufnahmen zeigen eine homogene Verteilung des NiPS3/PVA-Nanokomposits auf einem leeren Schwamm. Von den verschiedenen Proben zeigte Ni10P1-s die besten Ergebnisse bei der photothermischen Umwandlung mit der geringsten Reflexion und der höchsten Absorption. Die Temperatur kann bei einer Sonnenbestrahlung innerhalb von 5 Minuten 57 ℃ erreichen. Ni10P1-s ist außergewöhnlich leicht und besitzt eine hohe Benetzbarkeit, so dass es sich selbst auf der Wasseroberfläche halten und Wasser leicht an die Oberfläche transportieren kann. Nach der Wasserentsalzung wurde die Ionenverschmutzung im Inneren um bis zu 3 Größenordnungen reduziert. Die Verdunstungsrate ist doppelt so hoch wie die eines leeren Schwamms, und bei neun Zyklen beträgt der zyklische Wirkungsgrad 93,5%. Ni10P1-s oder ähnliche Verbindungen mit hoher Absorption, niedrigem Reflexionsgrad und hoher Photokonversionseffizienz können eine Lösung zur Überwindung der Wasserknappheit und zur Erhöhung der Wasserversorgung sein. Die Entsalzung von salzhaltigem Meerwasser, das in den Meeren und Ozeanen in unendlicher Menge vorhanden ist, wird die ständig steigende Nachfrage nach Trinkwasser verringern.



Steinacker, Lorenz;
Vergleichende quantitative EDS-Untersuchungen an ScAlN-Schichten. - Ilmenau. - 52 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2023

In dieser Masterarbeit wurden verschiedene Proben mit Sc(x)Al(1-x)N-Dünnschichten durch eine quantitative Analyse mittels energiedispersiven Röntgenspektroskopie (EDS) in einem Aufbau mit einem Rasterelektronenmikroskop (REM) hinsichtlich ihrer Zusammensetzung untersucht und verglichen. Dafür wurden Referenzproben und verschiedene Standardproben mit bekannter Zusammensetzung untersucht. Weiterhin wurden Sc(x)Al(1-x)N-Dünnschichtproben auf (111)-Si-Substraten mit unbekannter Zusammensetzung analysiert, die im Zentrum für Mikro- und Nanotechnologien mittels gepulstem reaktiven Magnetronsputterns beschichtet wurden. Bei der Auswertung der Messungen wurden verschiedene Analyseoptionen variiert und untersucht. Dabei wurden das Quantifizierungsmodell, das Modell zum Untergrundabzug, das Entfaltungsmodell und die Quantifizierungsreferenz betrachtet. Die Wahl der Quantifizierungsreferenz stellte sich dabei als einflussreichste Konfigurationsmöglichkeit heraus. Durch die standardbasierte Analyse unter Verwendung von Sc(x)Al(1-x)N-Schichten als Quantifizierungsreferenz konnten die vielversprechendsten Analyseergebnisse erreicht werden. Weiterhin wurde der Einfluss der Anregungsbedingungen auf das Analyseergebnis untersucht und beschrieben. Hierbei zeigte sich eine Änderung des Analyseergebnisses bei unterschiedlicher Beschleunigungsspannung, die durch die Schichtdicke beeinflusst wird. Abschließen wurde die Proben mit unbekannter Zusammensetzung quantifiziert und eine Methode ausgearbeitet, die zu den vielversprechendsten Ergebnissen führt.



Danz, Jeannette;
Untersuchungen zu thermischen Eigenschaften von Schaltkontakten . - Ilmenau. - 108 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2023

Ziel der Arbeit war es, Schaltkontakte auf ihren thermischen Eigenschaften zu untersuchen. Mittels unterschiedlicher Verfahren sollten die Proben vor der LFA und nach der LFA charakterisiert werden, um ggf. Veränderungen bei den elektrischen Eigenschaften, Materialgefüge oder Oberflächenstrukturen auszumachen. Dabei wurden Proben untersucht, die eine Abmessung von ca. 10 x 10 mm hatten. Das Substrat bestand aus reinem Kupfer mit einer Dicke von ca. 5,5 mm. Die Unterseite des Kupfersubstrats hatten Bohrungen, die nicht durch das Material durchgehen. Auf der Oberseite des Substrates wurden unterschiedliche Silberlegierungen vom Hersteller aufgelötet. Als Schichtmaterial wurde AgC5 (senkrecht), AgNi (999, 90/10, 80/20) und AgSnO2 (86/14, 90/10) eingesetzt. Dabei wurden die AgSnO2 Proben zweimal mittels WPA und zweimal ohne WPA hergestellt, dieses wird in der Arbeit nicht näher betrachtet. Vor der Bestimmung der thermischen Eigenschaften mittels LFA wurde die Probenoberfläche mittels Profilometer untersucht. Hierbei wurde festgestellt, dass eine Vielzahl von Proben eine Krümmung aufweisen. Die Krümmung wurde von den Herstellern in Form gefräst, nach dem Lötvorgang. Auch konnte mittels Profilometer die mittlere Absoluthöhe der Proben bestimmt werden. Diese waren zwischen 7,4 mm und 8,14 mm hoch. Zudem wurden die Proben bei einer 50xFachen Vergrößerung untersucht, um Flächenrauheitswerte zu bestimmen. Der Flächenrauheitswert Sq lag bei den Proben zwischen 4,4 μm und 0,7 μm. Dabei wurde die höchste Rauheit bei den Proben mit 10 m-% bzw. 20 m-% Nickel erzielt und die geringste Rauheit bei der Probe AgNi 999. Diese Probe war die einzige Probe, die keine Nachbehandlung nach dem Löten bekommen hat. Neben den Profilometer Untersuchungen wurden die Proben mit der Röntgendiffraktometrie untersucht. Dabei wurden Reflexe für alle Materialien detektiert. Bei den Proben mit AgSnO2 wurde neben dem Silber und dem SnO2 zusätzlich Bi2Sn2O7 nachgewiesen. Bei der Herstellung der AgSnO2 Schicht wird Bismutoxid hinzugefügt, um die Mischbarkeit der Bestandteile zu verbessern. Vor und nach der LFA wurde jeweils die elektrischen Eigenschaften und eine RFA-Analyse durchgeführt. Bei der LFA wurden die Temperaturleitfähigkeiten aller Proben bei 30 ˚C, 100 ˚C, 150 ˚C und 200 ˚C bestimmt. Hier wurde festgestellt, dass die größten Abweichungen bei den Messwerten bei einer Temperatur von 30 ˚C stattfindet. Bei dieser Temperatur wurde auch eine Standardabweichung ca. ± 1,8 mm^2/s bestimmt. Von allen gemessenen Temperaturen war diese die höchste. Auch sinkt die Temperaturleitfähigkeit bei allen Proben zu höheren Temperaturen. Mittels der Messwerte konnte ein leichter exponentieller Verlauf der Temperaturleitfähigkeit festgestellt werden. Die Temperaturleitfähigkeiten der Proben bewegte sich in einem Bereich zwischen 113 mm^2/s und 120 mm^2/s. Durch die bekommenen Werte konnte die Wärmekapazität bestimmt werden, diese lag zwischen 160 Ws/(kg∙K^2 ) und 366 Ws/(kg∙K^2 ). Mittels des Geräts Olympus Nortec 600 wurden die elektrischen Leitfähigkeiten vor und nach der LFA bestimmt. Hierbei zeigte sich, dass die LFA kaum einen Einfluss auf die elektrische Leitfähigkeit des Materials hatte. Die höchste elektrische Leitfähigkeit wurde bei der Probe AgNi 999 mit ca. 63 MS/m festgestellt. Bei der Probe handelt es sich um ein Feinkornsilber, dies bedeutet der Anteil vom Nickel ist nicht höher als 1 m-%. Deswegen liegt die elektrische Leitfähigkeit auch sehr nah an der elektrischen Leitfähigkeit vom reinem Silber (60 MS/m). Der umgekehrte Fall ist bei der Probe mit 20 m-% Nickel der Fall. Hier ist viel Nickel im Silber vorhanden. Die elektrische Leitfähigkeit sinkt mit zunehmendem Anteil an Legierungselementen. Bei der Analyse mittels RFA zeigten alle Proben kaum bzw. keine spektralen Veränderungen. Die Bestandteile konnten alle identifiziert werden, außer Kohlenstoff und Sauerstoff. Diese beiden Elemente sind in der RFA nach nachweisbar. Auch die Element Mappings zeigten keine Auffälligkeiten. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass sich die elektrische Leitfähigkeit kaum verändert, hat nach der LFA. Mittels XRD und RFA wurden alle Elemente je nach Nachweismöglichkeit nachgewiesen. Bei der Bestimmung der Temperaturleitfähigkeiten wurde festgestellt, dass bei 30 ˚C die Messwerte sehr weit auseinander liegen und erst bei höheren Temperaturen die Streuung geringer wird. Die Temperaturleitfähigkeit nimmt zu höheren Temperaturen exponentielle ab. Schlüsselwörter: AgC, AgNi, AgSnO2, Schaltkontakte, thermische Eigenschaften, XRD, Profilometer, RFA, elektrische Leitfähigkeit, Temperaturleitfähigkeit



Miranda Marti, Marta;
Synthesis and characterization of nanostructured ternary MAX-phase thin films prepared by magnetron sputtering as precursors for two-dimensional MXenes. - Ilmenau. - 118 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2023

MAX-Phasen- Dünnschichten können hergestellt werden, indem zunächst eine Vorläufer Dünnschicht mit den drei Elementen M, A und X nahe der Stöchiometrie der MAX Phasen durchphysikalische Abscheidung aus der Gasphase abgeschieden wird, gefolgt von einem thermischen Glühprozess. In dieser Arbeit werden verschiedene Abscheidungskonfigurationen (Multilayer und Co-Sputtern) für die Herstellung von Ti2AlC und Ti3AlC2-MAX-Phasen-Dünnschichten durch Magnetron-Sputtern aus drei elementaren Targets (Ti, Al und C) vorgestellt. Es wurde festgestellt, dass die Abscheidungen hauptsächlich amorph erfolgten, so dass sich die MAX-Phase nicht bilden konnte. Durch Einstellen der Abscheidungsparameter wie Temperatur und Substratspannung konnte die Abscheidungsmorphologie auf kristalline beeinflusst werden. Darüber hinaus wurden Ti2AlC and Ti3AlC2 nanostrukturierte MAX-Phasen -Dünnschichten durch Magnetronsputtern mit drei elementaren Targets (Ti, Al und C) in einem schrägen Winkel hergestellt (Oblique Angle Deposition), was zu einer säulenförmigen Dünnschicht führte, und die Eigenschaften der Dünnschicht wurden als Funktion des Säulenwinkels beschrieben. Schließlich wurden die MAX-Phasen in normaler und OAD-Konfiguration geätzt und die Eigenschaften der resultierenden MXen-Dünnschichten analysiert. Es zeigte sich, dass nur die Oberfläche der Probe von der Ätzlösung angegriffen wurde. Somit wurde nur die Oberfläche der MAX-Phase in MXen umgewandelt. Diese Hypothese wurde durch verschiedene Untersuchungen wie Röntgenbeugung und Raman-Spektroskopie verifiziert, um die mögliche Morphologie und chemische Umwandlung und deren Einfluss auf die Eigenschaften der geätzten Dünnschicht zu verstehen. Ziel dieser Arbeit ist, den Zusammenhang zwischen der Morphologie der MAX-Phasen Dünnschichten und den Eigenschaften der entstehenden MXene zu entschlüsseln. Durch das Verständnis dieses Zusammenhangs wäre es möglich, die Eigenschaften dieser Schichten für bestimmte Anwendungen zu optimieren.



Werner, Johannes Maximilian Konrad;
Bewertung der werkstofflichen Gefährdung relevanter Komponenten von Verbrennungsmotoren durch Wasserstoffversprödung und Heißdampfkorrosion. - Ilmenau. - 76 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2022

Diese Arbeit beschäftigt sich mit den Auswirkungen von Wasserstoff auf den Vergütungsstahl 42CrMo4, sowie der Neigung eines Abgaskrümmers aus hochlegierten, austenitischen Stahl zur Heißdampfkorrosion. Darüber hinaus fasst diese Arbeit den Stand der Technik zu den verschiedenen Theorien der Wasserstoffversprödung zusammen und erklärt die Auswertemethode für Dauerfestigkeitsversuche nach dem Treppenstufenverfahren nach Hück und DIN EN 50100. Außerdem wird eine Möglichkeit gezeigt, die wirkenden Kerbspan- nungen in einem gekerbten Flachstab zu berechnen. Die Probenkörper wurden zwischen einer und 24 Stunden in 0,5 molarer Natronlauge mit 45 mA/cm^2 elektrochemisch beladen. Bei der Auswertung konnte ein leichter Abfall in der Steigung der Zeitfestigkeitsgeraden mit zunehmender Beladungszeit festgestellt werden. Dieser Abfall deckt sich mit dem Stand der Technik. Ein Abfall der Dauerfestigkeit mit zunehmender Beladung ist nachweislich nicht erfolgt. Durch eine Härtemessung (230 HV), wurde festgestellt, dass kein Vergütungszustand erzielt wurde. Die Unabhängigkeit der Dauerfestigkeit vom Wasserstoffgehalt wird mit dem unvergüteten Gefüge begründet und widerspricht daher nicht dem Stand der Technik. Metallografische Untersuchungen des Abgaskrümmers mit einer Laufzeit von über 1000 Stunden und signifikanter Wasserstoffkonzentration im Abgas haben keine Anzeichen für Korrosion durch Heißdampf ergeben. Dafür wurde das Gefüge der Innen- und Außenseite durch Schleifen, Polieren und Ätzen untersucht und miteinander verglichen. Eine Prüfung zu einem späteren Zeitpunkt wird dennoch empfohlen. Für das Ziel der Konstruktion eines Wasserstoffverbrennungsmotors wurde ein Versuchsansatz zur Bestimmung des Verhaltens der Dauerfestigkeit unter Wasserstoffeinfluss erfolgreich getestet. Für das Projekt sollte insbesondere die Reaktionsversprödung unter Betriebsdrücken und -temperaturen untersucht werden.



Mouyibe, Eugene;
Untersuchung von Polymerbeschichteten Applikationswalzen und Determinierung prozesskritischer Fehlerklassen mittells Ultraschallmesstechnik. - Ilmenau. - 72 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2022

Die Ultraschalltechnik wird als Verfahren zur Qualitätsprüfung der elastomeren Beschichtungen von Applikationswalzen, welche im Lackierprozess von Aluminiumbändern verwendet werden, untersucht. Die Nachweisbarkeit von Defekten innerhalb des Gummibelags, die für den Lackierprozess kritisch sind, wurde gezeigt. Im Rahmen dieser Arbeit wird ein Ultraschall-Versuchsstand für die Durchführung der Messungen verwendet. Der Prüfkopf ist in einem mit Wasser vollgefülltem Kunststoffrad eingebaut. Das Rad ist in Kontakt mit der Walzenoberfläche und wird mit Hilfe eines Mikropositioniersystems entlang die Walze gefahren, während diese rotiert. Dadurch wird die gesamte Oberfläche der Applikationswalze abgetastet. Voruntersuchungen an kleinen Gummimustern mit Löchern haben gezeigt, dass die Detektierbarkeit der Defekte von Parametern wie dem Elastomer-Typ sowie der Größe und Tiefenlage der Fehlstelle abhängig ist. Es wurde festgestellt, dass die Umdrehung der Apllikationswalze in Kontakt mit dem Kunststoffrad ein stark verrauschtes Signal erzeugt, was nicht nur das Erkennen von Fehlstellen erschwert, sondern auch die automatisierte Auswertung der Messdaten. Lufteinschlüsse, Fremdkörper und Kernablösungen wurden bei einigen Applikationswalzen detektiert.



Mandavkar, Ninad Sunil;
Preparation of MoS2 2D nanocomposites for energy storage and conversion by liquid phase exfoliation. - Ilmenau. - 60 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2022

Das Aufkommen von Technologie und Innovation hat den Horizont für den Einsatz neuer Materialien und neuer Ideen zur Verbesserung der Leistung von Batterien erweitert. Das Hauptaugenmerk der Innovatoren liegt auf der Herstellung einer hocheffizienten Batterieelektrode, wobei die Forscher nun nach neuen Parametern suchen, die sie manipulieren können, um eine hochwertige Leistung und einen höheren Durchsatz zu erzielen. Diese Eigenschaften lassen sich anschaulich in ihre Strombelastbarkeit, die anhand ihrer charakteristischen Strom-Spannungs-Kurven oder sozusagen ihrer Speicherkapazität für eine große Anzahl von Zyklen gemessen werden kann, ihre Langlebigkeit, ihre hohe Strombelastbarkeit, ihre Lade- und Entladekurven, den Gehalt an interkaliertem Material (Gewichtsverhältnisse), eine größere Bandlücke, eine größere Oberfläche der Ioneninterkalation, einen geringeren Zerfall, eine höhere Stabilität usw. einteilen. Unsere Methode sieht eine einfache Zerkleinerung von MoS2 und Substituenten wie Pektin, Lignin und Gummi Arabicum vor, gefolgt von einer konventionellen Exfoliation in flüssiger Phase in flüchtigen Lösungsmitteln, die zu einer effizienten Exfoliation von MoS2-Nanoblättern in halbleitender hexagonaler Phase (2H-MoS2) und zur gleichzeitigen Herstellung von zweidimensionalen (2D) Nanokompositen aus 2H-MoS2 und Pektin/Gummi/Lignin führt. Darüber hinaus ermöglicht die Pektin-basierte Interkalation eine sehr schnelle Extraktion aus der Kathode, was eine höhere Mobilität der geladenen Ionen in Verbindung mit besseren Adsorptionselektroden gewährleistet, wodurch die Strombelastbarkeit von Natrium-Ionen-Batterien (SIBs) erhöht wird. Es wurde auch nachgewiesen, dass diese Nanokomposite gute Anodenmaterialien für Natrium-Ionen-Batterien (SIBs) sind, die bei einer Karbonisierungstemperatur von 1100℃ eine anfängliche Kapazität von 410 mAhg-1 aufweisen, die bei 700℃ allmählich auf 500 mAhg-1 ansteigt und schließlich bei einer Karbonisierungstemperatur von 900℃ einen sehr hohen Wert von 560 mAhg-1 erreicht. Wir haben uns auch bewusst bemüht, einen Kompromiss zwischen der Speicherkapazität und der Haltbarkeit der Elektrode zu finden, so dass unser Ziel darin besteht, die reversible Speicherkapazität zu erhöhen, ohne Kompromisse bei der Leistung, Haltbarkeit und Lebensdauer der Batterie einzugehen. Das Hauptaugenmerk unseres Projekts liegt darauf, zu entschlüsseln, wie kritisch der Einfluss der beteiligten Prozesse ist, im Wesentlichen die Anwendung schierer Kräfte beim Mahlen, die Flüchtigkeit und die Siedepunkte der Lösungsmittel, die Geschwindigkeit der zentrifugierten Dispersionen, um eine optimale sedimentierte Lösung zu erhalten, das Verhältnis der Rückhaltung der Überstände, um die Menge der abgeschälten Nanoblätter zu erhalten usw. Die Dauer, in der die einzelnen Prozesse ausgeführt werden, ist ein weiterer wichtiger Faktor für die Ausbeute. Daher haben wir Daten auf der Grundlage von Prozessparametern wie Mahldauer, Mahllösungsmittel, Beschallungsdauer, Anzahl der verwendeten Lösungsmittel und Zentrifugationsrate auf die erhaltenen ultradünnen 2D-Nanoblätter extrapoliert. Darüber hinaus werden Analysen und Schlussfolgerungen nach sorgfältiger Untersuchung des Absorptionsspektrums (UV-Vis-Analyse), der Rasterelektronenmikroskopie (SEM-Analyse), der Rasterkraftmikroskopie (AFM-Analyse), der Röntgenbeugung (XRD-Analyse) und der Leistungsmerkmale (Lade- und Entladezyklen) gezogen. Das Ziel dieser Verteidigung ist es, eine hocheffiziente Batterieelektrode herzustellen, die eine gute Stabilität für mehrere Zyklen, vergleichbare Abklingraten, eine hohe Speicherkapazität für noch größere Ionen, eine große Oberfläche für eine schnelle Ionentransferkinetik, optimale interkalierende Substituenten zur Vermeidung von Restacking und Verschlechterung der Elektrode und zur Nutzung der Eigenschaften eines Übergangsmetalldichalcogenids wie MoS2 bietet, indem es gerichtlich verwendet wird, um ultradünne Nanoblätter mit verschiedenen Tensiden und Lösungsmitteln zu exfolieren, um ein 2D-Nanokompositmaterial zu erhalten, das in SIBs verwendet werden kann.



Preparation of 2D materials for efficient electrochemical CO2 reduction and hydrogen evolution reactions by liquid phase exfoliation. - Ilmenau. - 51 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2022

Die effiziente Herstellung von Schichtmaterialien hat aufgrund ihrer einzigartigen physikalischen und chemischen Eigenschaften bei verschiedenen Energieumwandlungstechniken zunehmende Beachtung gefunden. Geschichtete Übergangsmetall-Dichalcogenide (TMD) und Metall-Phosphor-Trichalcogenide (MPT) sind potenzielle zweidimensionale (2D) Materialien mit abstimmbarer Zusammensetzung und elektronischer Struktur. In jüngster Zeit wurde die Anwendung von TMDs und MPTs in der Energieumwandlung, wie der elektrochemischen CO2-Reduktion und der Wasserspaltung, intensiv untersucht. In dieser Arbeit demonstrieren wir die einfache Herstellung von 2D-Nanoflocken (NF) aus TMDs und MPTs durch mahlunterstütztes Flüssigphasen-Exfoliation. Diese Exfoliationsmethode ermöglicht eine kostengünstige und leistungsfähige Herstellung von Nanoflocken mit wenigen Schichten und die Erzeugung von Defekten, die die aktiven Stellen der geschichteten Materialien freilegen. Dies ist vielversprechend für die Verbesserung der elektrokatalytischen Aktivität bei der Wasserstoffentwicklung und der elektrochemischen CO2-Reduktion. Wir haben auch versucht, 2D-Hybridmaterialien mit dieser Methode zu synthetisieren und die elektrochemische Aktivität der Produkte zu bewerten.



Reichel, Helene;
Influence of acoustic waves on Ag thin films deposited by magnetron sputtering on piezoelectric LiNbO3 substrates. - Ilmenau. - 57 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2022

Die maßgeschneiderte Herstellung dünner Schichten ist ein großes Forschungsgebiet mit besonderem Interesse für fortgeschrittene funktionelle Anwendungen wie Sensoren, Photonik und Biooberflächen. Eine vielversprechende Methode zur Anpassung der makroskopischen und nanoskaligen Schichteigenschaften bei plasmagestützten Beschichtungsverfahren stellt die Aktivierung von piezoelektrischen Substraten durch stehende akustische Wellen (AW) während des Beschichtungsprozesses mithilfe von Sinusspannungen im unteren MHz-Bereich dar. Diese Arbeit befasst sich mit plasmaabgeschiedenen Silberdünnschichten auf piezoelektrische LiNbO3-Substrate unter dem Einfluss von AW unter Verwendung des Magnetronsputterns (MS) als Abscheidetechnik. In diesem Zusammenhang können verschiedene Einflussparameter, welche das Resonanzverhalten der Proben während der Schichtabscheidung beeinflussen, durch einen optimierten Beschichtungsprozess mit einer Abscheidung im schrägen Winkel (oblique angle deposition (OAD)) minimiert werden. Die Auswirkungen der AW-Unterstützung während des Beschichtungsprozesses werden anhand von makroskopischen Strukturierungen sowie optischen und morphologischen Veränderungen der Silberdünnschichten aufgezeigt.



Paternoga, Jannik;
Calculation of the defect energy of passivated Au thin films. - Ilmenau. - 42 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2022

Dünne Schichten sind ein wichtiger Bestandteil integrierter Schaltkreise, die aus der Mikro- und Nanotechnologie nicht mehr wegzudenken sind. Das Phänomen der Festkörperentnetzung kann schwerwiegende Ausfälle solcher Schaltungen verursachen. Diese Arbeit möchte erforschen, wie der Entnetzungsprozess abläuft und wie man ihn verhindern kann. In dieser Studie wurden zwei verschiedene Analysemethoden basierend auf der Morphologie der Proben und deren optischen Eigenschaften verwendet, um die Aktivierungsenergie des Entnetzungsprozesses zu bestimmen. Um den Einfluss einer Passivierungsschicht auf den Entnetzungsprozess durch Analyse der Morphologie zu untersuchen, wurden dünne Schichten von 20 nm auf Si-Substraten abgeschieden und diese durch Abscheidung einer SiO2-Schicht von 20 nm darüber passiviert. Diese Proben wurden in festgelegten Intervallen auf drei verschiedene Temperaturen erhitzt. Die Analyse der Morphologie wurde durch Analyse von SEM-Bildern der zu unterschiedlichen Zeiten getemperten Proben durchgeführt. Das Ziel der zweiten in dieser Arbeit vorgeschlagenen Methode war es, die optischen Eigenschaften der Proben zu verwenden, um die Aktivierungsenergie der Proben zu berechnen. Es wurde die gleiche Stapelanordnung der Proben verwendet, mit dem einzigen Unterschied, dass die Schichten auf transparenten SiO2-Platten abgeschieden wurden. Um den Einfluss einer Passivierungsschicht auf die Kristallinität der Proben zu untersuchen, wurde eine XRD-Analyse der auf den amorphen SiO2-Platten abgeschiedenen Proben durchgeführt. Zusammenfassend wurde beobachtet, dass die für den Beginn der Festkörperentnetzung erforderliche Temperatur durch die Abscheidung einer Passivierungsschicht gestiegen ist. Des Weiteren wurde entdeckt, dass die Abscheidung einer Schicht auf dem dünnen Film zu einer vorzeitigen Entnetzung des Films führen kann.



Marczinke, Julius;
Vergleichende komplexe Untersuchungen zur Beurteilung der Aussagekraft der Ergebnisse am Röntgendiffraktometer D8 Davinci beim Einsatz verschiedener Detektoren und Strahlformer. - Ilmenau. - 75 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2022

Bei Röntgenbeugungsexperimenten treten bei Verwendung eines 2D-Detektors irreguläre Peaks auf, die nicht erklärt werden konnten. Diese Störpeaks erscheinen bei der Untersuchung von einkristallinen und grob polykristallinen Proben, nicht jedoch bei feiner polykristallinen oder amorphen Proben. Auch verschiedene Elemente der Messanordnung beeinflussen deren Intensität und Auftreten. In der vorliegenden Masterarbeit wird das Auftreten dieser Störpeaks anhand verschiedener Proben und verschiedener Messanordnungen charakterisiert. Anschließend werden verschiedene mögliche Ursachen für dieses Phänomen untersucht. Es kann gezeigt werden, dass die Ursache der Störpeaks eine unzureichende Monochromatisierung der einfallenden Röntgenstrahlung ist. Der Einfluss des Restspektrums führt genau dann zu Störpeaks, wenn die Intensität der Strahlung ausreichend hoch ist. Dies ist bei Untersuchung von Einkristallen mit einer Polykapillare zur Strahlparallelisierung der Fall, bei gewissen Messanordnungen auch bei Verwendung eines Multilayerspiegels. Der verwendete 2D-Detektor verfügt über eine Energieauflösung, die ungeeignet ist, um das Auftreten der Störpeaks zu unterdrücken. Zur Lösung des Problems muss entweder die verwendete Strahlung stärker monochromatisiert werden, oder aber ein Detektor mit geringer Energieauflösung verwendet werden. Es wird außerdem gezeigt, dass die Störpeaks verwendet werden können, um die tatsächliche Orientierung von Netzebenen in Einkristallen zu bestimmen.



Zielpräparation in der Schadensanalytik mit Hilfe von Präzisionsinstrumenten und Ar+-Ionenböschung. - Ilmenau. - 105 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2022

In dieser Arbeit wurden Methoden zur Präparation von Zielen im [my]m-Bereich erarbeitet. Verwendet wurde dabei das Ar+-Ionenstrahlböschungsätzen (IBSC). Für die mechanische Vorpräparation wurde das Leica EM TXP genutzt. Das IBSC wurde im Leica EM TIC 3X durchgeführt. Anschließend wurden die Proben im REM analysiert. Es wurden eine hochfeste Stahldruckfeder mit einer Zinklamellenbeschichtung, ein Nickelbeschichteter Verdichter aus einer Aluminiumlegierung, sowie der Keramikkondensator einer Elektronikplatine präpariert. Die Druckfeder wurde zum Methodenvergleich ebenfalls mechanisch und mit Focused Ion Beam (FIB) präpariert. Es konnte dabei keine ideale, vollständig artefaktfreie Methodik entwickelt werden, dennoch zeigten die Präparationen im TIC deutliche Vorteile gegenüber der mechanischen, die die FIB-Präparation bestätigen konnte. Mit Hilfe der neuen Erkenntnisse über die Beschaffenheit und die Schwachstellen der Zinklamellenbeschichtung wurde anhand der Druckfeder eine Schadensanalyse nach VDI 3822 [1] durchgeführt. Für den Verdichter konnte eine artefaktfreie Präparation von Zielen in und auf der Beschichtung, sowie dem Interface zwischen Beschichtung und Substrat entwickelt werden. An diesen Proben wurde ebenfalls eine FIB-Präparation durchgeführt. Die Ergebnisse des IBSC waren mit denen der FIB-Präparation vergleichbar. Im REM zeigte sich ein nahezu identisches Bild. Keramikkondensatoren auf Elektronikplatinen konnten ebenfalls mit guten Ergebnissen präpariert werden. Jedoch zeigten sich keine wesentlichen Vorteile im Vergleich zu Standardpräparation. Es ist nicht auszuschließen, dass bei anderen Baugruppen der Elektronik, die ebenfalls mit den entwickelten Methoden präpariert werden können, Vorteile durch das IBSC entstehen. Zum Abschluss werden weitere mögliche Probenmaterialien und Werkstoffgruppen genannt, für die die Präparation mittels IBSC interessant sein könnte.



Gabriel, Louis;
Untersuchung des Einflusses von Nickelbeschichtungen auf die Laserstrahlschweißeignung von Kupferwerkstoffen. - Ilmenau. - 61 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2021

Die vorliegende Masterarbeit mit dem Titel "Untersuchung des Einflusses von Nickelbeschichtungen auf die Laserstrahlschweißeignung von Kupferwerkstoffen" beschäftigt sich mit Grundsatzversuchen an nickelbeschichteten Kupferproben mit der Zielsetzung, das Laserstrahlschweißverhalten der unterschiedlich aufgebrachten Nickelschichten zu analysieren und zu dokumentieren. Die Schweißversuche wurden an einer Laserzelle, die mit einem Sechsachsroboter der Firma KUKA ausgestattet ist, durchgeführt. An diesem sind eine Blackbird-Schweißoptik sowie ein IPG Faserlaser angeschlossen. Die Grundsatzversuche wurden an den Verschaltungen der Elektromotoren bzw. Statoren mit der ZF internen Bezeichnung "HX 243 HA" und "8P 4.Gen. PHEV" durchgeführt. Hierfür erfolgten drei unterschiedliche Beschichtungsmethoden. Diese gliederten sich in die galvanische Nickelabscheidung, chemische Nickelabscheidung und in die galvanische Nickel-Zinn-Abscheidung auf. Des Weiteren wurden die Schichten in drei unterschiedliche Schichtdicken 3 [my]m, 8 [my]m und 16 [my]m unterteilt. Bei den chemisch abgeschiedenen Nickelschichten erfolgte zudem eine Einteilung bezüglich des Phosphorgehaltes in niedrig-, mittel- und hoch phosphorhaltigen Schichten. Durch diverse Untersuchungsmethoden wie Sichtprüfung, Hochgeschwindigkeitsaufnahmen, metallographischer Untersuchung, stellten sich zwei Schichten, zum einen die galvanische Nickelschicht mit 3 [my]m Schichtdicke und die chemische Nickelschicht mit 3 [my]m und niedrigem Phosphorgehalt, als zielführend heraus. Des Weiteren konnte im Zuge dieser Arbeit die Ursache des aktuellen Serienproblems der Verschaltung HX 243 HA bezüglich Oberflächenqualität und mangelhaftem Anbindungsquerschnitt festgestellt und Gegenmaßnahmen abgeleitet werden.



Wockenfuß, Lisanne;
Influence of a laser focus shift on the laser powder bed fusion process. - Ilmenau. - 112 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2021

In diese Masterarbeit wird der Einfluss eines Laser Fokus-Shifts, das sogenannte Wobbling, auf den Laser Powder Bed Fusion Prozess und auf die Proben selbst untersucht. Die Änderung der Fokuslage wird dabei über einen mit Linsen ausgestatteten Tauchspulenaktor hervorgerufen. Um den Einflusses zu bewerten, werden sowohl Versuche ohne Pulver durchgeführt, um festzustellen, wie sich das Wobbling auf das feste Substratmaterial auswirkt, als auch die eigentlichen Versuche mit Pulver, um die Eignung des Wobblings für einen realen Prozess in der Additiven Fertigung zu evaluieren. Während der Versuchsreihen werden drei wesentliche Wobbling Parameter verändert. Die Offset Spannung dient zum Einstellen der Linsenposition und damit der Haupt-Fokuslage. Über die Amplitudenspannung wird der Bewegungsbereich der Linsen um die eingestellte Position und damit der eigentliche Fokus-Shift des Lasers definiert. Durch Anpassen der Wobbling Frequenz wird festgelegt, wie schnell sich der Fokus in dem definierten Bereich um die definierte Position verschieben soll. Die hergestellten Proben werden anschließend mikroskopisch begutachtet und danach metallografisch bearbeitet. Dazu zählt das Trennen der einzelnen Proben, das Einbetten, Schleifen und Polieren sowie eine erneute mikroskopische Begutachtung. Durch die Untersuchungen kann ein Einfluss des Fokus-Shifts auf das Gefüge und auf die Schichthomogenität ermittelt werden. Durch das Wobbling ist es in-situ möglich innerhalb der Probe lokale Gefügeänderungen zu induzieren, indem die Energiedichte durch die Fokuslage verändert wird. Durch die Veränderung der Fokuslage über den Ort kann somit mittels verschiedener Frequenzen das Gefüge beschrieben werden. Neben der Beeinflussung der Probeneigenschaften zeichnet sich außerdem der Vorteil heraus, dass der Prozess allgemein beschleunigt werden kann durch das zusätzliche Beaufschlagen einer z-Bewegung zu der eigentlichen x-y Bewegung des Lasers. Der Spurabstand der einzelnen Scanpfade kann wesentlich höher gewählt werden im Vergleich zu konventionellen Additiven Fertigungsverfahren ohne dabei die Haftung zwischen den einzelnen Pulver tracks zu verschlechtern.



Grau, Richard;
Untersuchungen zur magnetischen Anisotropie in gesputterten Ni- und CoFe-Schichten. - Ilmenau. - 99 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2021

Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Untersuchung der magnetischen Anisotropie ferromagnetischer Schichten. Es werden Nickelschichten und Kobalt-Eisen-Multilagen mittels Sputterabscheidung unter schrägem Winkel und in einem äußeren Magnetfeld auf Siliziumwafern hergestellt. Die Auswertung erfolgt anhand Neumagnetisierungskurven und Hysteresekurven, die mit einem Vibrating Sample Magnetometer (VSM) aufgenommen werden. Der Einfluss eines Temperprozesses auf die Anisotropie wird untersucht. Es kann sowohl für die Nickel- als auch Kobalt-Eisen-Schichten eine Anisotropieausbildung durch die schräge Abscheidung beobachtet werden. Diese nimmt mit steigendem Winkel von 50˚ auf 66˚ stark zu. Bei einer weiteren Steigerung auf 72˚ bleibt die Anisotropie annähernd konstant. Für Nickel bildet sich in Abscheiderichtung eine leichte Achse aus, Kobalt-Eisen bildet senkrecht zur Abscheiderichtung eine leichte Achse aus. Im Bereich zwischen 66˚ und 72˚ kommt es zu einer Umorientierung der Achsen für die CoFe-Schicht. Im Rasterelektronenmikroskop ist die Ausbildung einer geneigten Säulenstruktur in Abscheiderichtung durch die schräge Abscheidung ersichtlich. Das Tempern von Nickelschichten bei 200 ˚C führt zu einer geringen Abnahme der magnetischen Anisotropie. Die Eisen-Kobalt-Multilagen verlieren durch einen Temperprozess bei 800 ˚C aufgrund von Diffusionsprozessen vollständig die magnetische Anisotropie. Eisen-Kobalt-Multilagen weisen durch die senkrechte Sputterabscheidung in einem äußeren Magnetfeld keine magnetische Anisotropie auf. Es kann die Ausbildung eines systematischen Offsets der Neukurven in Abhängigkeit von der Probenausrichtung durch das äußere Magnetfeld festgestellt werden.



Schade, Philipp;
Nanometallurgic evolution of solid-state dewetted Au nanostructures made by oblique angle deposition. - Ilmenau. - 66 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2021

Solid-state Dewetting (SSD) ist eine einfach Methode zu Herstellung metallischer Nanopartikel. Unglücklicherweise bilden diese Partikel normalerweise keine geordneten Arrays auf flachen, unstrukturierten Substraten, weshalb die Substrate mit teuren, zeitaufwendigen 2D-Fertigungsmethoden strukturiert werden müssen. Eine Alternative zu diesen Methoden könnten nanostrukturierte Dünnschichten sein, welche mittels einer Abscheidung in schrägen Winkeln (oblique angle deposition (OAD)) hergestellt werden. Diese Schichten bilden eine Oberfläche aus Bündeln von Nanosäulen in periodischer Anordnung, welche als Vorlage für die Herstellung von Nanopartikeln via SSD dienen könnte. Diese Idee wird in der vorliegenden Arbeit mit Hilfe von verschiedenen nanostrukturierten Golddünnschichten auf flachen Si/SiO2-Substraten, welche mittels OAD in zwei unterschiedlichen Winkeln abgeschieden worden, untersucht. Der Einfluss dieser Abscheidungsparameter auf den SSD-Prozess von Gold wird anhand der Veränderungen der Morphologie und der optischen Eigenschaften aufgezeigt. Es wird gezeigt, dass die Abscheidungsparameter zur Einstellung des Template-Effekts verwendet werden können. Der Abscheidungswinkel zeigt einen größeren Einfluss als die Struktur der Nanosäulen.



Zander, Steven Walter;
Untersuchung des Reibkontakts zwischen Kolben, Kolbenbolzen und Pleuel auf einem neukonzipierten Reibprüfstand. - Ilmenau. - 189 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2021

Im Rahmen dieser Arbeit wird die Reibung bei Mangelschmierung im Reibkontakt zwischen Kolben, Kolbenbolzen und Pleuel des EA888EVO4- und des EA288EVO-Motors mittels Reibprüfständen analysiert. Die Untersuchungen gliedern sich in Reibungs- und Verschleißuntersuchungen. Die experimentelle Umsetzung der Reibungsuntersuchungen erfolgt über ein SRV®5 Tribometer mit einem speziellen Prüfaufbau. Der ermittelte Reibkoeffizient der tribologischen Systeme sinkt in der Flüssigkeitsreibung mit steigender Temperatur. Der Reibkoeffizient in der Mischreibung hingegen steigt partiell mit der Temperatur. Die Verschleißuntersuchungen werden über eine Kolbenbolzenrotationsanlage und einen mechanischen Hochfrequenzpulser realisiert. Durch Zuhilfenahme einer externen Heizquelle wird ein Verschleiß generiert, welcher dem realen Verschleiß im Motor nahekommt. Unter dieser Wärmebelastung wird das Prüfkonzept jedoch instabil. Es wird ein neues Prüfkonzept entwickelt, um das tribologische System unter möglichst realen Randbedingungen auf Verschleiß zu untersuchen. Dieses Prüfkonzept ermöglicht eine universelle Schmierung und die Krafteinleitung über den Kolben. Das Konzept wird im Rahmen dieser Arbeit teilweise validiert. Eine Langzeitvalidierung ist jedoch fehlgeschlagen.



Miranda Marti, Marta;
Effect of temperature on Cr/SiO2 Janus-like thin films regarding nanostructure and electrical properties. - Ilmenau. - 76 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2021

Cr/SiO2 janusartige Dünnschichten, die aus Nanosäulen mit zwei deutlich getrennten Phasen auf gegenüberliegenden Seiten der Säulen bestehen, wurden durch Magnetronsputtern in Schrägwinkeldepositionskonfiguration (OAD) hergestellt und ihre elektrischen Eigenschaften als Funktion der Temperatur analysiert. Diese nanostrukturierten Dünnschichten weisen eine Bündelungsassoziation in der Richtung senkrecht zur Materialfluss auf, was zu einer anisotropen Verteilung des Materials führt. Eine äquivolumetrische Zusammensetzung von SiO2 (Oxid) und Cr (Metall) wurde in der Mitte des Substrats abgeschieden. Es wurden auch verschiedene Kompositionsverhältnisse hergestellt, um den Einfluss jedes Materials im System zu bestimmen. Tiefe Einblicke in das System erhält man durch die Kopplung verschiedener Charakterisierungsmethoden. Die Nanostruktur wurde mit Hilfe der Raster- und Transmissionselektronenmikroskopie sowie der Röntgenbeugung analysiert. Für die chemische Charakterisierung wurden Röntgenphotoelektronenspektrometrie und energiedispersive Röntgenspektroskopie durchgeführt, während die UV-vis-NIR-Spektroskopie Einblicke in die optischen Eigenschaften gab. Das elektrische Verhalten der Probe deutet auf eine nicht-reversible Veränderung der Morphologie der Nanosäule durch Erwärmen hin. Nach Erreichen eines kritischen Punkts (breaking point) bei 250 ˚C, strebt Cr eine energetisch stabilere Struktur an und die Nanosäulen verlieren die Verbindung untereinander in der Richtung senkrecht zur Bündelung, was zu einem starken Anstieg des elektrischen Widerstandes führt. Entlang der Bündelungsrichtung erhöht die Reorganisation der Cr-Phase ihre Konnektivität, was den Widerstand verringert. Die anisotropen, morphologischen Merkmale dieser Schichten verleihen ihnen anisotrope Eigenschaften entlang dieser Hauptachsen. Diese Bachelorarbeit stellt eine Methodik zur Herstellung von janusartigen dünnen Schichten vor. Die Kombination von gezielten Materialien würde zur Synthese von multifunktionalen dünnen Schichten für viele potenzielle Anwendungen führen.



Dette, Leonard;
Röntgendiffraktometrie bei Phasenumwandlungen und deren bildhafte Darstellung. - Ilmenau. - 102 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2021

In dieser Arbeit geht es um die zeitlich betrachtete quantitative Rietveld-Analyse mittels Röntgendiffraktometrie (XRD) des Portland-Kompositzements CEM-II/A-LL 42,5 N während der Hydration und um das Ermitteln der Schichtabstände der Kristallitgröße und Aufzeigen von Stapelfehlern von Schichtsilikaten über deren Diffraktogramm. Es werden in bestimmten aufeinanderfolgenden Zeitbereichen Diffraktogramme von den Zementproben aufgenommen, um die zeitlichen Veränderungen der Proben festzustellen. Alle Phasen werden per PDF-4-Datei analysiert, um eine anschließende qualitative und quantitative Phasenanalyse nach der Rietveld-Methode zu betreiben. Von jeder verwendeten Phase wird dazu die Kristallstruktur dargestellt. Hierbei werden nur die kristallinen Phasen betrachtet. Die Hydration von Zement wird weiter auch per Zeitraffer-Video aufgezeichnet. Mit Python 3.8 wurde ein Programm zum Auslesen der Massenanteile der Verbindungen in eine Excel-Datei aus den Output-Files von TOPAS geschrieben. Die Phase Hatrurit fällt von Beginn der Hydration des Zements mit Wasser massenanteilig ab, während Calcit an Anteil gewinnt. Die Anteile an Arcanit steigen ab etwa 130 bis 180 Minuten einmalig stark an. Die Schichtsilikate aus Kaolinit und Montmorillonit werden auf ihre Schichtabstände und Kristallitgröße über die Halbwertsbreite, Integralbreite, per Williamson-Hall-Plot und über die Rietveld-Analyse ermittelt. Der Schichtabstand wurde mit der (0 0 1)-Netzebene berechnet und beträgt hier bei Kaolinit 0,714 nm und Montmorillonit 1,270 nm. Die mittlere Kristallitgröße von Kaolinit beträgt etwa 37 nm und von Montmorillonit etwa 32 nm. Stapelfehler sind bei beiden Verbindungen vorhanden. Die Ergebnisse aus dieser Arbeit werden zuletzt für die Lehre aufbereitet.



Danz, Jeannette;
Herstellung und Untersuchung memristiver Werkstoffe. - Ilmenau. - 110 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2021

Ziel der Arbeit war es, memristive Werkstoffe herzustellen und diese mit unterschiedlichen Untersuchungsmethoden zu charakterisieren und die Vorgänge im Werkstoffinneren zu beschreiben. Die Proben wurden mittels Magnetron-Sputtern unter Verwendung von Schattenmasken hergestellt. Die Schattenmasken wurden aus Aluminiumfolie oder PLA angefertigt. Mit den Masken wurden die Schichten strukturiert auf einem 4-Zoll Wafer aufgetragen. Die memristive Schicht befindet sich zwischen zwei Metallen (MIM Struktur), Nickel als Top-Elektrode, Zinkoxid als memristive Schicht und Tantal als Bottom-Elektrode. Hierbei ist es gelungen bei den elektrischen Messungen eine für Memristoren charakteristische Hysteresekurve aufzunehmen, diese besitzt einen bipolaren Charakter. Jedoch konnten die Vorgänge im Material, die zu diesem Verlauf führen nicht eindeutig identifiziert werden. Mittels REM und XRD Analyse wurden für das Nickel unterschiedliche Strukturen identifiziert, beim Sputtern vom Nickel mit 200 W wurde eine Korngröße von 50 bis 70 nm festgestellt und beim Sputtern mit 20 W eine durchschnittliche Korngröße von 20 bis 30 nm. Die XRD Analyse zeigt auf den Proben, die mit 20 W abgeschieden wurden, keinen Nickelpeak, dies kann auf die feinkörnige Struktur des Nickels zurückzuführen sein. Durch einen FIB Querschnitt konnte keine Aussage zur Filamentbildung nach einer elektrischen Messung getroffen werden. Bei der GDOES Tiefenprofilanalyse wurde zwar ein deutlicher Unterschied zwischen elektrisch gemessenen und einem ungemessenen Kontakt festgestellt. Dieser Unterschied konnte aber nicht eindeutig den Effekt der Filamentbildung zugeordnet werden. Zum einen wurden an unterschiedlichen Kontakten gemessen, somit war eine Vergleichbarkeit nur bedingt möglich. Ein weiteres Problem war, das bei der Messung des elektrisch ungemessenen Kontaktes nicht vollständig der Kontakt getroffen wurde. Anhand der charakteristischen memristiven Hysteresekurve bei den elektrischen Messungen kann davon ausgegangen werden, dass ein memristiver Effekt vorliegt. Die Filamentbildung und der Materialtransport von der Top-Elektrode in die memristive Schicht sind zwei wesentliche Mechanismen, um den memristiven Effekt zu verwirklichen. Dieser konnte aber von der werkstofftechnischen Seite nicht zweifelsfrei nachgewiesen werden. Schlüsselwörter: memristiver Werkstoffe, Memristor, Sputtern, elektrische Messungen, Nickel, Tantal, Zinkoxid



Kellmann, Lukas Bruno;
Qualitative und quantitative Phasenanalyse aus röntgendiffraktometrischen Untersuchungen mit dem Programm TOPAS V6. - Ilmenau. - 64 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2020

In dieser Arbeit wurden Proben aus ZnO, CaO, MgO und Al2O3, sowie Proben mit Restaustenitgehalt, mithilfe der Rietveld-Methode untersucht. Dafür wurde das Programm Topas der Firma Bruker AXS verwendet. Hierbei stellte sich heraus, dass das CaO der Proben in Wirklichkeit aus Bütschliit bestand. Dadurch wurde das Ergebnis von Topas verfälscht. Die Mengen an ZnO wurden überproportional erhöht. Um diese Fehler auszugleichen wurde eine Korrekturkurve mithilfe von Intensitätsmischungen erzeugt. Wurden Proben mit Phasen, die einen ähnlichen linearen Schwächungskoeffizienten besitzen (Restaustenit-Proben) untersucht, so konnten sehr gute Ergebnisse mit Topas erzielt werden (Übereinstimmung mit Methode nach ASTM E975 und Probe Fischer 10 % Ferrit). Dies zeigt die Güte der Methode, unter den richtigen Bedingungen. Weiterhin wurde in dieser Arbeit eine empfohlene Vorgehensweise erarbeitet, mit welcher, unter den richtigen Gegebenheiten, präzise Ergebnisse geliefert werden können.



Werner, Johannes Maximilian Konrad;
Electrochemical deposition of silver nanoparticles on ITO flat substrates. - Ilmenau. - 99 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2020

Die folgende Arbeit befasst sich mit der elektrochemischen Abscheidung von Silbernanopartikeln auf mit ITO (Indiumzinnoxid) beschichteten Glassubstraten. Es werden durch einige Abscheideexperimente der Einfluss bestimmter Parameter, wie z.B Abscheidezeit, Dauer des elektrischen Pulses und Konzentration der Elektrolytbestandteile, auf die Eigenchaften, wie Größe, Form und Morphologie, der abgeschiedenen Nanopartikel aufgezeigt. Nach anfänglichen Rückschlägen wurde der Säuberungsprozess verbessert und die Unterschiedlichkeit der Ergebnisse bei gleichen Experimentvorraussetzungen führte zu der Entdeckung von unterschiedlichen Substratarten. Außerdem wurden die hergestellten Proben per optischer Transmission im Spektrometer, dem Rasterelektronenmikroskop (REM) und Röntgendiffraktometrie untersucht, um den Zusammenhang zwischen Substratart und Partikeleigenschaften zu verstehen. Die Ergebnisse dieser Arbeit lassen sich zusammenfassen in der Bestätigung von dem Zusammenhang zwischen Partikeleigenschaften und den optischen Eigenschaften der Probe, den Zusammenhang zwischen Pulsdauer und der Partikelmorphologie, den proportionalen Zusammenhang zwischen Abscheidezeit und Menge der abgeschiedenen Partikel, sowie die Wichtigkeit von Indiumoxid als ein Bestandteil der ITO-Schicht auf die Qualität der abgeschiedenen Nanopartikel.



Erarbeitung von Hilfsmitteln für die Auswertung von Röntgendiffraktometeraufnahmen und Testung an Röntgendiffraktometeruntersuchungen an Nadelsubstraten. - Ilmenau. - 95 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2020

Das Ziel dieser Bachelorarbeit ist die Erarbeitung von Hilfsmitteln für die Auswertung von Röntgendiffraktometeraufnahmen sowie deren Testung an Röntgendiffraktometeruntersuchungen von beschichteten Siliziumnadelsubstraten. In dieser Arbeit werden nanograsartige Siliziumoberflächenstrukturen durch ein Deep Reactive Ion Etching (DRIE) Verfahren hergestellt. Darauffolgend werden mittels Elektronenstrahlverdampfen Kupfer- und Eisenpartikel auf das Siliziumnanogras aufgedampft. Dadurch entstehen flache und strukturierte Kupfer- und Eisenproben mit Schichtdicken von 100 nm, 500 nm, 1 m und 2 m. Diese Proben werden mit einem Rasterelektronenmikroskop analysiert und weiterführend röntgenografisch untersucht. Die Diffraktometeraufnahmen werden in der klassischen BRAGG - BRENTANO Geometrie aufgenommen. Um die Dünnschichten genauer untersuchen zu können wird mit einer asymmetrischen Anordnung, Beugung durch streifenden Einfall (Grazing Incidence Diffraction, GID), gearbeitet. Die erhaltenen Diffraktogramme werden nach ihren charakteristischen Größen wie Nettointensitätshöhe, Nettofläche und Halbwertsbreite ausgewertet. Die erhaltenen Resultate werden untereinander verglichen und diskutiert. Um dies anschaulicher zu gestalten werden verschiedenste Tabellen und Diagramme erstellt. Ein weiter Bestandteil dieser Arbeit ist die Erstellung von Hilfsmitteln für die Auswertung von Röntgendiffraktometeraufnahmen. Dafür wird eine Excel Datei auf Grundlage des Programmes Absorb DX erstellt. Mit Hilfe dieser Datei kann man für eine Anzahl an ausgewählten Materialien die Eindringtiefe der Röntgenstrahlung in das Probenmaterial und andere Kenngrößen bestimmen. Schlüsselwörter: Röntgendiffraktometeraufnahmen, Nanograsartiges Silizium, Deep Reactive Ion Etching (DRIE), Kupferproben, Eisenproben, BRAGG - BRENTANO Geometrie, Beugung durch streifenden Einfall (GID), Diffraktogramm, Nettointensität, Halbwertsbreite, Eindringtiefe



Untersuchung zur Bestimmung magnetostriktiver Eigenschaften von Co-Fe-Multilagen- und Legierungsschichten. - Ilmenau. - 90 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2020

In der vorliegenden Arbeit sind die Ergebnisse von Messungen der Magnetostriktion, der elektrischen Leitfähigkeit und der Struktureigenschaften von gesputterten Eisen-Cobalt-Multilagenschichten zusammengestellt. Dabei wurde sich speziell auf die Magnetostriktionsbestimmung konzentriert und versucht, den dafür verwendeten Messaufbau zu bewerten. Substrate für die Proben bestanden aus streifenförmigem Silizium oder Borosilikatglas, auf welche eine 500 nm dicke Multilagenschicht aus Eisen und Cobalt mit Periodendicken von 25 nm und 250 nm aufgebracht wurden. Die Siliziumsubstrate waren zusätzlich mit einer Diffusionsbarriere aus Siliziumdioxid versehen. Als Haftschicht diente eine dünne Chromschicht. Die Schichten der Probenstreifen wurden mittels DC-Magnetronsputtern in Argongas hergestellt. Zwischen einigen Untersuchungen wurden die Proben zudem bei 450 ˚C, 500 ˚C und 800 ˚C kurz in einer Rapid Thermal Processing Einheit wärmebehandelt. Die Magnetostriktion wurde über eine Auslenkungsbestimmung der Streifen als Biegebalken an einem Laserprofilometer bestimmt. Die magnetostriktive Schicht befand sich dabei innerhalb einer Spule, deren Magnetfeld sich kontrolliert änderte. Mit weiteren Untersuchungen konnten die Schichten charakterisiert und Zusammenhänge zur Struktur gefunden werden. Dabei kam die Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit der Schicht mittels linearer Vier-Spitzen-Methode zum Einsatz. Im Rasterelektronenmikroskop wurden die Morphologie und die Zusammensetzung mittels energiedispersive Röntgenspektroskopie analysiert und die Kristallstruktur durch eine Untersuchung an einem Röntgendiffraktometer interpretiert. Zudem konnten die inneren Spannungsänderungen der Schichten durch die Wärmebehandlung berechnet werden. Die Multilagenschichten besitzen eine maximale Magnetostriktion von etwa -50 ppm und die getemperten Schichten eine Magnetostriktion von 50 ppm. Es ist zudem eine Änderung der Kristallstruktur erkennbar und es konnte eine Bildung von kubisch flächenzentriertem Kobalt-reichen Phasen nachgewiesen werden. Durch die Wärmebehandlung wurde die Spannung in den Schichten gesenkt. Die Messung der elektrischen Eigenschaften brachte Erkenntnisse über die Veränderung der inneren Struktur hervor. Bei 800 ˚C ist die Interdiffusion der einzelnen Schichten sowie die Legierungsbildung maximal und die elektrische Leitfähigkeit nimmt parallel dazu ab.



Lüdemann, Marius;
Entwicklung echogener Markierungen auf medizinischen Instrumenten durch laservernetzte Beschichtungen. - Ilmenau. - 94 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2020

Die Bachelorarbeit ist darauf ausgerichtet, für die Herstellung lokaler echogener Markierungen auf medizinischen Instrumenten eine Laserapplikation zu entwickeln, die die ortsselektive Vernetzung von Beschichtungen ermöglicht. Die Markierungen sollen die Bilddarstellung der Instrumente im Körper eines Patienten mittels Ultraschalles verbessern. Speziell soll eine permanente, zeitgleiche und extrakorporale Überwachung während eines Eingriffs möglich sein. Um dieses Ziel umzusetzen werden zunächst verschiedene Sol-Gel- und Polyurethanbeschichtungssysteme auf ihre Zulassungsmöglichkeiten für medizinische Anwendungen untersucht. Zur Herstellung der Markierungen werden Substrate in Form von Metallblechen durch das Dip-Coating-Verfahren beschichtet. Anschließend erfolgt die thermische Trocknung und Vernetzung durch Laserstrahlen. Durch die Laserbehandlung wird die Aushärtung und Vernetzung an ortsselektiven Bereichen soweit beschleunigt, dass die Beschichtung von nicht bestrahlten Flächen durch anschließendes Spülen mit Aceton entfernt werden kann. Mittels Versuchsmatrizes wurden die notwendigen Laserparameter für den optimalen Vernetzungsprozess ermittelt. Die bestrahlten Flächen stellen die Markierungen dar. Sie werden durch konventionelle Trocknungsverfahren und Laserbehandlungen vollständig ausgehärtet und vernetzt. Zur Visualisierung der Ultraschallsichtbarkeit wird der große Impedanzunterschied zwischen Glashohlkugeln und menschlichem Gewebe ausgenutzt. Die Glashohlkugeln werden als Schallreflektoren in die Beschicht-ungen eingebettet. Durch Anpassung der Schichtdicken, Trocknungszeiten und Laserparameter, werden die Markierungen soweit optimiert, dass die Glashohlkugeln nahezu einlagig eingebettet werden. Als Resultat weisen sie deutliche Konturen auf. Zusätzlich wird kontinuierlich das Abriebverhalten getestet, um den Einfluss der Parameteränderungen auf die Haftfestigkeit zu bestimmen. Anschließend werden die gewonnen Erkenntnisse auf Kanülen übertragen und angepasst. Die Markierungen werden so ausgeführt, dass die Lage der Kanüle gut sichtbar ist. Tests der Ultraschallsichtbarkeit in Wasser zeigen vielversprechende Ergebnisse. Wenn das genutzte Verfahren eine Zulassung für die Anwendung auf medizinischen Instrumenten bekommt und Versuche am menschlichen Körper erfolgreich sind, können viele medizinische Eingriffe durch eine dauerhafte visuelle Kontrolle mittels Ultraschalls vereinfacht werden. Schlüsselwörter: - medizinische Instrumente, - Ultraschallsichtbarkeit, - Schallimpedanz, - Sol-Gel-Beschichtungen, - Polyurethanbeschichtungen, - VOC-freie Bindemittel, - dünne Schichten, - Glashohlkugeln, - Dip-Coating-Verfahren, - Laserstrahlung, - Laservernetzung, - Parameteroptimierung, - echogene Markierungen, - Oberflächenrauheit, - Abriebverhalten, - Haftfestigkeit



Herstellung von Elastomer-Stempeln für die Mikrotransferdruck-Technologie und Untersuchung derer Eigenschaften hinsichtlich der Prozessfähigkeit. - Ilmenau. - 80 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2019

Mit dem Verfahren Mikrotransferdruck können Werkstoffe oder funktionelle Elemente mittels Elastomer-Stempel transferiert werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurden Master-Wafer, die als Stempelnegativ dienten, durch unterschiedliche Ätz-Prozesse strukturiert und zur Herstellung von Elastomer-Stempeln genutzt. Zur Strukturierung der Master-Wafer wurden DRIE und KOH-Ätzungen durchgeführt. Die Herstellungsprozesse bzw. Ätz-Ergebnisse wurden analysiert und interpretiert. Bei einem Lieferant wurde der Silikon-Gussprozess eingerichtet und durchgeführt. Die hergestellten Stempel wurden anschließend hinsichtlich verschiedener Eigenschaften wie Oberflächenrauheit, Adhäsionsfestigkeit, Geometrie/Form und Langzeitstabilität vergleichend untersucht. Die Prozessfähigkeit der Stempel und die Nutzbarkeit hinsichtlich der Transferdruck-Technologie wurden abschließend geprüft und beurteilt.



Matthes, Sebastian;
Röntgendiffraktometrie mit dem Pulstec [my]-360 Gerät : vergleichende Untersuchungen. - Ilmenau. - 130 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2019

Mit stetig wachsenden Anforderungen an Bauteile und die verwendeten Werkstoffe ist es notwendig das Potential dieser voll auszuschöpfen. Besonders bei wechselbeanspruchten Bauteilen ist es erforderlich die Lebensdauer und Belastungsgrenzen zu erhöhen. Eigenspannungen in den Oberflächen haben einen sehr großen Einfluss auf die Wöhlerkurve, die in vielen Gebieten der Wissenschaft und Technik Parameter für die Bauteilauslegung liefert. Die Bestimmung des Eigenspannungszustands kann durch verschiedene Messmethoden realisiert werden. In der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung konnte sich das röntgenographische Verfahren der sin2[Psi] - Methode etablieren. Eine neue alternative Methode ist das cos [alpha] - Verfahren, dessen Grundlagen durch Taira et al. [TTY78] im Jahr 1978 erarbeitet wurde. In dieser Arbeit steht das zurzeit weltweit kleinste und leichteste Eigenspannungsmessgerät Pulstec [my]-X360s (Entwicklung im Jahr 2016) im Fokus. Durch eine einzige Bestrahlung kann ein Debye-Scherrer-Ring mithilfe einer Bildplatte als 2-dimensionalen Detektor aufgenommen und daraus die Eigenspannungen ermittelt werden. Aufgrund der noch mangelnden Erfahrungswerte gilt es diese zu sammeln sowie die Fähigkeiten und Grenzen des Geräts näher zu untersuchen. Zu den Untersuchungspunkten zählen unter anderem Brennfleckuntersuchungen, Messungen an konkav und konvex gekrümmten Proben, die Variation des Auswertungsbereichs der Debye-Scherrer-Ringe und die Messfähigkeit bei vorhandenen Schubspannungen im Bauteil. Es konnte gezeigt werden, dass die Einrichtung der Messung sehr genau erfolgen sollte und sich einige Zusatzkomponenten, wie z. B. ein x-y-Tisch für die Probenpositionierung, als sehr nützlich erwiesen haben. Besonders sollten während weiterer Messungen die gewonnen Kenntnisse bezüglich der Brennfleckuntersuchungen berücksichtigt werden. Aufgrund verschiedener Probengeometrien ist es möglich, dass die Debye-Scherrer Ringe teilweise abgeschattet werden. Um den Einfluss dieser Unregelmäßigkeiten zu vermindern ist es notwendig den Auswertungsbereich einzuschränken. Des Weiteren sind verschiedene Methoden aufgeführt, um die Schubspannungskomponente TYX zu ermitteln. Im Vergleich mit den Messungen der sin2[Psi] - Methode konnten bei nahezu allen Ergebnissen äquivalente Werte erzielt werden, was die Validität des Geräts und der cos [alpha] - Methode bestätigt. Dennoch ist anzumerken, dass es Verbesserungsbedarf hinsichtlich des Laserpunkts, der Einrichtungsmöglichkeit des Geräts und der Auswertungssoftware gibt.



Burkard, Jens;
Entwicklung und Herstellung eines Messaufbaus zur Bestimmung der Reaktionsgeschwindigkeit von Reaktivfolien. - Ilmenau. - 58 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2019

Das Ziel der vorliegenden Bachelorarbeit ist es, die Geschwindigkeit der Reaktionsfront von Reaktivfoilen zu bestimmen. Hierzu wurde ein Messplatz konstruiert. Es wird ein Überblick über Reaktive Mehrschichtsysteme gegeben. Besonders wird hierzu auf die Bedeutung der Reaktionsgeschwindigkeit und auf Einussfaktoren eingegangen. Außerdem wird die Wahl des Messplatzes und dessen Funktion erläutert. Der Messplatz wird anhand von Ni/Al-Proben bewertet, eine korrekte Bestimmung ist möglich. Anhand der gemessenen Geschwindigkeit wird mit dem Modell von Armstrong eine Reaktionstemperatur bestimmt.



Xiong, Jie;
Template-assisted fabrication of Ni nanograss for the electrocatalytic appication. - Ilmenau. - 75 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2019

Aufgrund seiner elektrokatalytischen Aktivität, die hohen Korrosionsbeständigkeit und günstigen Kosten hat Nickel (Ni) in Zukunft ein großes Potential als elektrokatalytisches Elektrodenmaterial. In dieser Arbeit werden Si-Vorlagen mit nanograsartigen Oberflächenstrukturen durch tiefes RIE-Verfahren hergestellt, dann werden Ni-Elektroden mit Nanograsstrukturen (große Oberfläche) durch Si-Vorlagen-gestützte Galvanik erhalten. Zum Vergleich werden auch Ni-Elektroden mit ebener Oberfläche hergestellt. Die Elektroden sind für die Wasserstoff- und Sauerstoffevolutionsreaktion (HER und OER) elektrochemisch charakterisiert. Die Elektroden mit Nanograsstrukturen zeigen eine deutlich bessere katalytische Aktivität, und die entsprechende elektrochemische Oberfläche ist 10-mal größer als die der Ni-Elektroden mit ebener Oberfläche. Die erhaltenen Ni-Elektroden mit Nanograsstrukturen werden mit N2-Plasma weiterbehandelt. Die behandelten Ni-Elektroden zeigen eine deutlich verbesserte katalytische Aktivität für HER und OER aufgrund der gebildeten Phase Ni3N in der Ni-Matrix nach der Plasmabehandlung. Schlüsselworte: Nickel, N2-Plasma, Elektrokatalysator, HER, OER



Römhild, Florian;
Identifizierung von Wirbelstromsignalen an Referenz- und Musterproben (Nortec 600). - Ilmenau. - 81 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2019

Im Bereich der Werkstoffprüfung gibt es eine Vielzahl verschiedener Prüfmethoden, mit denen Materialkenngrößen oder Bauteilfehler, die vor oder während der Verarbeitung entstanden sind, ermittelt werden können. Die Verfahren teilen sich in zwei große Hauptgruppen auf: zerstörende und zerstörungsfreie Prüfungen. Ein sehr häufig genutztes Verfahren ist die zerstörungsfreie Wirbelstromprüfung. Mit ihr ist es möglich die elektrischen Leitfähigkeiten direkt zu bestimmen oder Bauteilfehler zu detektieren. Dazu werden die aufgenommenen Signale als Ortskurven in der komplexen Impedanzebene dargestellt. Das Ziel dieser Arbeit ist es solche Ortskurven für verschiedene Muster- und Referenzproben mit dem Nortec 600, einem handelsüblichen Wirbelstromprüfgerät, zu erstellen. Dabei werden verschiedene Messsonden zuerst mit CT-Untersuchungen charakterisiert und anschließend eingesetzt, um die Unterschiede zwischen diesen zu ermitteln. Zusätzlich wird eine spezielle Messsonde zum Einsatz kommen, die direkt die elektrische Leitfähigkeit angibt. Die Ergebnisse werden dann mit anderen Prüfgeräten und Literaturwerten verglichen, um die Genauigkeit der genutzten Geräte beschreiben zu können. Aus den Messungen der Leitfähigkeiten mit den drei verschiedenen betrachteten Messgeräten zeigt sich, dass alle Ergebnisse sehr nahe an den Literaturwerten liegen. Es gibt nur geringe Abweichungen, die durch ungerades Aufsetzen des Messkopfes verursacht werden können. Mit Hilfe der CT-Untersuchungen kann der innere Aufbau der Sonden erfasst werden. Die daraus gewonnenen geometrischen Abmessungen konnten im Anschluss in den Berechnungen zur Erstellung der Ortskurven verwendet werden. Die ermittelten Ortskurven bilden die elektrischen Leitfähigkeiten der betrachteten Materialien gut ab. Die Positionen der einzelnen Ortskurven werden durch die im Rahmen einer Methodentriangulation aufgenommenen Vergleichswerte bestätigt. Mit der hier angewendeten Methode ist es möglich Ortskurven mit den Messsignalen des Nortec 600 aufzustellen und auszuwerten.



Herstellung und Funktionalisierung von Carbid-Oberflächen auf Halbleiter-Substraten. - Ilmenau. - 66 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2019

Die Halbleiterindustrie entwickelt sich beständig weiter, um immer leistungsstärkere, schnellere, effizientere und verlässlichere Bauelemente auf den Markt zu bringen. Ein Ansatz ist das Poly-Silizium als Gatematerial durch das temperaturbeständige und elektrisch sehr gut leitfähige Titancarbid zu ersetzen und wird daher in den vorliegenden Masterarbeit untersucht. Es wurden zwei verschiedene Herstellungswege zur Bildung einer Titancarbidschicht auf einkristallinem Silizium verfolgt. Zum einen über die Synthese direkt aus den Elementen Titan und Kohlenstoff, zum anderen über die Reaktion von Titanoxid und Kohlenstoff, die mittels Ofentemperung, Rapid Thermal Processing (RTP) und Laser Thermal Annealing (LTA) thermisch initiiert wurden. Die Analyse der Schichten erfolgte anhand der Röntgendiffraktometrie und Rasterelektronenmikroskopaufnahmen (EDX und Querschnitte (FIB)). Weder mittels RTP noch LTA wurden Titancarbidschichten erzielt, wobei bei der Ofentemperung nicht abschließend geklärt werden konnte, ob sich (neben Titandisilizid) Titancarbid oder Siliziumcarbid bildete. FIB-Schnitte zeigten, dass durch die Bildung des Titandisilizids und die damit verbundene Schrumpfung Hohlräume unterhalb der intakten Carbidschicht auftraten. Ein Ansatz für weitere versuche ist in diesem Fall eine mögliche Verringerung der Reaktionstemperatur und eine zusätzliche SiO2-Sperrschicht zur Vermeidung von Titandisilizid. Darüber hinaus konnten Titanoxid-Nanoporen durch anodische Oxidation von Titan realisiert werden, wodurch eine Grundlage für eine Versuchsreihe zur carbothermischen Reduktion von Titanoxid zu Titancarbid unter erhöhter Oberfläche geschaffen wurde.



Jiang, Xin;
Preparation and properties of MAX Phase forming multilayers in the Ti-Si-C-B system. - Ilmenau. - 71 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2019

Es wurde versucht, eine Bor-dotierend Ti3SiC2 dünne Schicht durch Magnetron Sputtern mit Targets Ti, B und SiC bzw. anschließend Tempern Prozess bei 900˚C mit Verweilzeit 5 Minuten zu erhalten. Die Kristallstruktur und Zusammensetzung wurden durch XRD und EDX sowie GDOES untersucht, und die mechanischen und elektrischen Eigenschaften wurden unter Verwendung der Picoindenter und Van-der-Pauw-Methode gemessen. Es wurde eine relativ reine Ti3SiC2 Kristallphase mit einigen Nebenphasen wie TiC, Ti5Si3 und teilweise nicht reagierte SiC herausgekommen. Für die Probengruppe C verschoben sich mit zunehmendem B-Gehalt die Ti3SiC2 Beugungspeaks zu einem größeren Netzebene, was zeigte sich, dass die B-Atom mögliche in der Ti3SiC2 Kristallstruktur eingebaut und einen Festlösungszustand gebildet hat. Außerdem wurde in allen Proben keine kristalline Boride Verunreinigungen gefunden. Die Härte, der Youngs-Modul und der elektrische Widerstand zeigen keinen klaren Trend mit dem B-Gehalt, was auf die nicht reagierte SiC, B sowie Nebenphasen und durch Tempern entstandene Gitterfehler zurückzuführen ist. Die Härte und das Elastizitätsmodul lagen in einem ähnlichen Bereich wie in anderen Literaturstellen, und eine maximale Härte von 34,98 GPa wurde in einer Probe mit dem höchsten B-Gehalt (˜ 75%) E-75 mit einem relativ niedrigen Elastizitätsmodul von 216,53 GPa vermerkt. Ein höherer H / E-Wert könnte für die Zähigkeit sowie Verschleißfestigkeit vorteilhaft sein. Im Allgemeinen enthielt B Proben, die entweder keinen Effekt oder eine bessere elektrische Leitfähigkeit zeigten. Im Allgemeinen die B-dotierende Proben, die entweder keinen Effekt oder eine bessere elektrische Leitfähigkeit zeigten. Zusammengefasst könnte die Zugabe von B zu einem Ti/SiC-Mehrschichtsystem reines Ti3SiC2 ohne zusätzliche Boride Verunreinigung und möglich bessere mechanischen Eigenschaften bilden. Für weitere Details wäre jedoch eine weitere Untersuchung erforderlich.



Schade, Philipp;
Charakterisierung des spezifischen elektrischen Widerstandes von Au-Dünnschichten während des Entnetzens. - Ilmenau. - 39 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2019

Das Entnetzen dünner Schichten ist einer der Hauptgründe für das Versagen elektronischer Komponenten auf Dünnschichtbasis. Aus diesem Grund haben wir in dieser Arbeit die Entwicklung des spezifischen elektrischen Widerstands von Gold-Dünnschichten während des Entnetzens im festen Zustand untersucht. Dafür wurden Dünnschichten (50 nm) aus Gold (Au) auf Siliziumdioxid (SiO2) Substraten nach einander unterschiedlich lang bei drei Temperaturen getempert. Die Messungen erfolgten nach jedem des Prozesses ex situ mit verschiedenen Methoden, um der Entwicklung zu folgen. Es wird aufgezeigt, wie sich die Morphologie der Au-Dünnschichten während des Entnetzens verändert und welchen Einfluss dies auf den spezifischen elektrischen Widerstand hat. Bekannte Mechanismen des Entnetzens im festen Zustand werden für die Erklärung des Beobachteten genutzt.



Annealing properties of Al Cr Cu FeNi high entropy alloy multilayer thin films. - Ilmenau. - 70 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2019

In dieser Arbeit wurde die Formierung von Hoch-Entropie-Legierungen aus dünnen Mehrschichtsystemen untersucht. Das Ziel war herauszufinden, ob aus diesen Mehrschichtsystemen Hoch-Entropie-Legierungen werden und wie diese aussehen würden. Zusätzlich wurde der Einfluss von Cu auf die AlFeCrNi Hoch-Entropie-Legierung untersucht. Dafür wurden zwei Arten von Proben erstellt: AlFeCrNi und AlFeCrNiCu. Die Schichtdicke der einzelnen Schicht wurde so kalkuliert, dass die resultierenden Legierungen äquiatomare Zusammensetzung besitzen. Um die Proben zu erzeugen wurden Si (111) Wafer durch Magnetron Sputtern beschichtet. Diese Proben wurden dann bei unterschiedlichen Zeiten (1 bis 5 Minuten) und Temperaturen (400 ˚C bis 1000 ˚C) geglüht. Die geglühten Proben wurden mithilfe von XRD, SEM und EDX untersucht. Obwohl die Proben nicht äquiatomare Zusammensetzung besitzen, so konnte doch die Formierung von Hoch-Entropie-Legierungen festgestellt werden. Der Al-Gehalt (7.54 at-%) war, im Vergleich zum Cr oder Ni-Gehalt (35.57 und 36.85 at-%), für die AlFeCrNi Proben sehr gering. Die gebildeten Phasen bestanden aus einer krz Phase und entweder einer kfz Phase oder einer B2 Phase. Aufgrund des Cu-Gehaltes besaß die kfz Phase der kupferhaltigen Proben einen signifikant größeren Gitterparameter als die kfz Phase der kupferlosen Proben. Die Formierung der Hoch-Entropie-Legierungen hat für die kupferlosen Proben zwischen 400 ˚C und 600 ˚C stattgefunden. Für die kupferhaltigen Proben findet die Bildung der Hoch-Entropie-Legierung unter 400 ˚C statt. Im Gegensatz zur Erwartung, dass die Hoch-Entropie-Legierung bei höheren Temperaturen stabiler ist, haben sich bei 1000 ˚C für die kupferlosen und 800 ˚C für die kupferhaltigen Proben, intermetallische Verbindungen gebildet. Die intermetallischen Proben waren hauptsächlich CrSi2, AlNi3 und Al4Cu9. Die Phasenseparation und die intermetallischen Verbindungen sind auf den SEM und EDX Aufnahmen sichtbar.



Müller, Andreas;
Vergleichende Untersuchung von Möglichkeiten der qualitativen und quantitativen Analyse von Bainit mit metallographischen und röntgenographischen Methoden. - Ilmenau. - 94 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2019

Durch die vermehrte Verwendung hochfester, bainitischer Stahlwerkstoffe werden, neben der klassischen Metallographie mit der Lichtmikroskopie, weitere Analysemethoden benötigt. Mit Hilfe dieser Methoden kann die sehr feine Gefügestruktur der hochfesten bainitischen und martensitischen Stähle dargestellt und untersucht werden. Um das feine und komplexe Gefüge des Bainites zu analysieren, wird in dieser Arbeit die Güte der Röntgendiffraktometrie für die quantitative und qualitative Analyse von Bainit untersucht. Die qualitative, röntgenographische Analyse erfolgt mit dem [my]-XRD D8 von Brucker und zeigt die Unterschiede in den Diffraktogrammen der verschiedenen bainitischen Proben im Vergleich zu den martensitischen. Dabei kann eine Peakverbreiterung bei den martensitischen Proben gegenüber den bainitischen festgestellt werden. Für die qualitative Analyse mittels Metallographie wurden die Proben mit einem Rasterelektronenmikroskopes untersucht, welches die feine Struktur des bainitischen Gefüges auflösen kann. Durch vergleichen mit der Literatur kann die Struktur und das Vorkommen von Bainit in den untersuchten Proben bestätigt werden. Mit Hilfe der REM-Aufnahmen können auch Unterschiede zwischen Martensit und Bainit dargestellt werden. Für die quantitative Analyse wird das Programm TOPAS verwendet. Die Untersuchungen mit TOPAS zeigen, dass es schwierig ist, bainitische Proben von martensitischen mit Hilfe dieses Programmes zu unterscheiden. Dabei ist es nicht immer möglich per Ausschluss von Martensit die Proben als bainitisch zu klassifizieren. Die Auswertung der Diffraktogramme mit TOPAS zeigt sich für industrielle Analysen zu zeitaufwändig und zu komplex.



Khabazrahimi Langrodi, Aras;
3D-Druck von Metall-Keramik-Komposit-Werkstoffen mittels Selektivem Laserschmelzen (SLM). - Ilmenau. - 83 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018

Das Ziel der vorliegenden Masterarbeit war es, die Verarbeitbarkeit eines neuen Metall-Matrix-Kompositwerkstoffes im 3D-Druck nachzuweisen. Dabei wurde das Verfahren des Selektiven Laserstrahlschmelzens (SLM) verwendet, um eine mit Niobcarbid-Partikeln verstärkte Stahllegierung (1.2907) zu verarbeiten. Zunächst wurde die Konditionierung der Ausgangswerkstoffe betrachtet. Dann wurden in Testreihen verschiedene Mischungsverhältnisse untersucht und Fertigungsparameter identifiziert, die die erfolgreiche additive Fertigung von mechanisch belastbaren Probekörpern ermöglichen. Die Eigenschaften der Proben wie Dichte, Härte, Gefüge und chemische Zusammensetzung wurden bestimmt und bewertet. Es konnte u.a. gezeigt werden, dass eine Partikelverstärkung zu einer signifikanten Steigerung der Härte führt.



Steinacker, Lorenz;
Herstellung und Charakterisierung magnetostriktiver Co-Fe-Legierungsschichten aus gesputterten Mehrlagenschichten. - Ilmenau. - 41 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2018

In dieser Bachelorarbeit wurde eine CoFe Legierung aus gesputterten Mehrlagenschichten mit anschließendem Tempern durch schnelle thermische Bearbeitung (RTP) für eine spätere Verwendung in einem Sensor zur Detektion von magnetischen Feldern hergestellt. Die Auswahl der CoFe Legierung wurde aufgrund der guten magnetostriktiven Eigenschaften gewählt. Nach Untersuchungen von Hunter et al. und Nakajima et al. weisen Legierungen mit der Zusammensetzung von 66 at. % Co und 34 at. % Fe die besten magnetostriktiven Eigenschaften bei Vorliegen einer kubisch flächenzentrierten Mischkristallphase auf. Ausgehend davon, wurden Proben mit dem gleichen Verhältnis als Mehrlagenschichtsysteme mit einer Gesamtschichtdicke von 500 nm hergestellt. Abwechselnd wurde eine einzelne Co und eine einzelne Fe Schicht aufgetragen. Durch eine Variation der einzelnen Schichtdicken bei gleichem CoFe Verhältnis wurde der Einfluss der Einzelschichtdicke auf die mechanischen Eigenschaften, die Phasenzusammensetzung und das Deformationsverhalten untersucht. Weiterhin wurde der Einfluss verschiedener RTP Temperaturen auf diese Aspekte untersucht. Die Ermittlung der mechanischen Kennwerte erfolgte durch eine Eindringprüfung nach der DIN EN ISO 14577-(1-4) mit einem Vickersindenter. Die Phasenanalyse wurde durch Röntgendiffraktometrie mit streifendem Einfall durchgeführt. Für die Untersuchung des Deformationsverhaltens wurden Aufnahmen der Probe durch Rasterelektronenmikroskopie erstellt. Die oben genannte Mischkristallsphase konnte für verschiedene Parameterkonfigurationen hergestellt und durch XRD nachgewiesen werden. In Bezug auf die Abhängigkeit der mechanischen Eigenschaften zeigte sich eine Zunahme der Härtekennwerte für kleinere Einzelschichten. Mit zunehmender RTP Temperatur wurden sinkende Härtekennwerte gemessen.



Kunze, Ella;
Komplexuntersuchungen an dünnen WOx-Schichten für die Sensorik. - Ilmenau. - 67 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018

In dieser Arbeit werden dünne Wolframoxidschichten hergestellt und ihre Struktur und Eigenschaften für die Verwendung in Gassensoren untersucht. Aufbauend auf vorhergehende Untersuchungen werden die Veränderungen bei kleinen Schichtdickenvariationen betrachtet. Dazu werden zwei Probeserien mit Dicken zwischen 20 nm und 70 nm in 10 nm Schritten hergestellt. Nach dem Aufbringen der Schicht wird Probeserie 2 einem Temperprozess zur Veränderung der Schichtstruktur unterzogen, Serie 1 bleibt unbehandelt. Die Schichten werden durch topographischen (REM) und analytische (XRD, GDOES, VSM) Methoden charakterisiert. Die Ergebnisse sind mit Ergebnissen vorangegangener Arbeiten kaum Vergleichbar. So zeigen die Oberflächenaufnahmen von Serie 2 auffällige Ausscheidungen in Form von runden Punkten, hauptsächlich verteilt an Korngrenzen und gesputterten, thermisch nicht gewandelten Flächen. Diese sind mit den Ergebnissen der XRD und GDOES nicht eindeutig zu identifizieren, unter anderem, da diese nicht vollständig deckende Ergebnisse liefern. So zeigt die Phasenuntersuchung für beide Serien Nachweise für kristalline Bestandteile. Für die Serie 1 ist dies ein entscheidender Unterschied zu bestehenden Forschungsergebnissen, welche bisher auf röntgenamorphe Schichten schließen lassen. Die Ergebnisse der Serie 2 zeigen von monoklinen und orthorhombischen WO3 statt triklinen. Stöchiometrisch soll das WO3 mit Hilfe der Tiefenprofile, aufgenommen mit der GDOES, nachgewiesen werden, was die vorliegenden Ergebnisse jedoch nicht tun. Stattdessen zeigen diese komplex verlaufende Konzentrationen von Wolfram, Sauerstoff und Silizium. Somit liegt Wolframoxid nicht alleinig als Bestandteil der Schicht vor. Diese Abweichungen zeigen ihren Einfluss in den Ergebnissen der Messwerte für die elektr. Eigenschaften der Schichten. Diese liegen deutlich höher als bei bisher gemessenen Werten und lassen sich auf bestehende Modelle nicht plotten. Von diesen Ergebnissen kann als Fazit gezogen werden, dass die Reproduktion auf bestehende Erkenntnisse nicht zwangsläufig auf bestehende Ergebnisse führt. Dies lässt Raum für weitere Forschungen bezüglich der Charakterisierung der Schichten, auch mit weiteren Halbleitermaterialien wie z. B. TiO2 oder SnO2.



Untersuchung des Einflusses der Oberflächentopografie von Thermoplasten auf die Klebefestigkeit. - Ilmenau. - 51 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2018

Das Ziel der vorliegenenden Bachelorarbeit war des den Einfluss einer strukturierten Oberfläche von Fügeteilen auf die Klebeverbindung zu untersuchen. Hierfür wurden mittels Spritzgussverfahren definierte Rauheiten auf Zug-Scher-Lineale übertragen. Verwendet wurden zwei thermoplastische Werkstoffe (PBT und PPS). Es wurde der Einfluss von drei Rauheiten untersucht. Dabei handelte es sich um eine geringe Rauheit mit Rz 1,8, eine mittlere mit Rz 15 und eine hohe Rauheit von Rz 45. Als Klebstoffsysteme wurden ein hochfestes Epoxid und ein fließfähiges Silikon ausgewählt. Um zu untersuchen ob äußere Einflüsse Auswirkungen auf die Klebung haben wurden Proben ausgelagert und gealtert. Hierbei handelt es sich um Hochtemperaturlagerungen, Temperaturschockwechsellagerungen sowie Feuchte-Lagerungen. Eine Versuchsgruppe wurde mit einem Plasmaverfahren vorbehandelt um untersuchen zu können ob eine definierte Rauheit einen Plasmavorgang entfallen lassen kann. Aufbau und Prüfung der Proben wurden in Anlehnung an DIN EN 1465 durchgeführt. Die Versagensarten wurden nach DIN EN ISO 10365 ermittelt und bewertet. Die Ergebnisse einer Versuchsgruppe wurden zusammengefasst und mit denen der anderen Rauheiten verglichen. Darüber hinaus konnten durch den Aufbau von Schliffen weitere Erkenntnisse gewonnen werden. Zur Ermittlung der Ist-Rauheit auf den Oberflächen wurden die Lineale mit einer taktilen Rauheitsmessung untersucht.



Praktikumsversuch Radiographie-Computertomographie - Anlagenvergleich Schulröntgenanlage PHYWE und Nanomex. - Ilmenau. - 146 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2018

Die Computertomographie zeichnet sich durch die zerstörungsfreie, dreidimensionale Analytik von Materialien und anschließende Projektion und Rückprojektion für das Auffinden von Materialfehlern innerhalb eines Prüfobjekts aus, die von außen nicht ersichtlich sind. Zunächst werden die CT-Systeme GE Nanome|x 180 und der PHYWE XR 4.0 X-Ray expert vorgestellt. Dann werden Arbeitstechniken dargestellt, wie mit dem modernen Verfahren des 3D-Drucks bzw. mit mechanischen Verfahren, Prüfobjekte hergestellt werden können, die für eine Computertomographie (CT) geeignet sind. Die Prüfobjekte werden anschließend mit Hilfe der Micro-Computertomographie (Micro-CT) vermessen und anhand der Strukturkanten die Auflösungsgrenzen der verwendeten CT-Systeme PHYWE XR 4.0 X-Ray expert und GE Nanome|x 180 ermittelt. Um Aussagen über Genauigkeit und Präzision zu treffen, werden die beiden CT-Systeme nach Norm validiert. In der Auswertung werden die Längenmaße der Außenkanten der Prüfobjekte auch mit anderen Messmethoden verglichen. Um die Computertomographie den Mitstudenten näher zu bringen, werden das dimensionelle Vermessen und das Feststellen der Auflösungsgrenze der PHYWE XR 4.0 X-Ray expert die Aufgaben in einen praktischen Versuch sein. Dazu wird eine Muster-Praktikumsanleitung und -protokoll erstellt. Schlüsselwörter: - Computertomographie,- Metrologie, - Mikro-CT, - Kegelstrahlgeometrie, - Anlagenvergleich, - 3D-Drucker



Wockenfuß, Lisanne;
Prüfkörperherstellung zur Ermittlung der Auflösungsgrenze bei Computertomographie und Röntgengrobstrukturuntersuchungen. - Ilmenau. - 80 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2018

Zur Bestimmung diverser Strukturen oder Fehler in Objekten bzw. im Material, steht an der TU Ilmenau die Nano-Röntgen- und Computertomographie-Anlage phoenix nanome|x 180 zur Verfügung. Um herauszufinden, bis zu welcher Größe es damit möglich ist, die zu untersuchenden Details aufzulösen, ist das Ziel dieser Arbeit zwei verschiedene Arten von Prüfkörpern zu entwickeln. Mit diesen Prüfobjekten soll es möglich sein, schnell und einfach die Auflösungsgrenze der Anlage zu ermitteln, indem die kleinste im Prüfkörper noch zu erkennende Struktur festgestellt wird, deren Größe der minimalen Auflösung entspricht. Andere, ältere Verfahren, wie beispielsweise die Draht-Bildgüteprüfkörper, weisen nicht die erforderliche Auflösung zur Anwendung im Mikro- und Nanometerbereich auf. Ein anderes Verfahren ist die Ermittlung der Modulations-Transfer-Funktion. Dies erfordert jedoch einen enormen Zeit- und Rechenaufwand. Somit ist es wichtig einen alternativen Prüfprozess zu entwickeln. Bei der Betrachtung der Auflösung wird zwischen der Kontrast- und der Ortsauflösung unterschieden. Erstere beschreibt die Erkennbarkeit von Grauwertunterschieden. Letztere ist die Fähigkeit des Systems, kleine nah beieinander liegende Strukturen aufzulösen sowie getrennt und komplett darzustellen. Die Ortsauflösung, auch räumliche Auflösung, ist das, was als Auflösungsgrenze interpretiert wird und auf deren Schwerpunkt diese Arbeit aufgebaut ist. Die Herstellung des ersten Prüfkörpers erfolgte dabei mittels Fotolithographie aus einem Silizium-Wafer und die des anderen im 3D-Druckverfahren. Es konnte in der Arbeit gezeigt werden, dass das 3D-Druckverfahren eine zu grobe Auflösung hat, weshalb hier nur ermittelt werden kann, dass die Auflösung der phoenix nanome|x kleiner als 0,06 mm ist. Mit den Silizium-Proben konnte dahingegen eine Auflösungsgrenze von 2 [my]m ermittelt werden.



Ernst, Felix;
Identifizierung neuartiger intermetallischer Phasen unter dem Einfluss von Molybdän und Wärmebehandlung in Al-Gusslegierungen mittels der Röntgendiffraktometrie. - Ilmenau. - 125 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018

Die Arbeit untersucht den Einfluss unterschiedlicher Wärmebehandlungen und verschiedener Legierungssysteme auf die Ausbildung intermetallischer Phasen in AlSi-Legierungen untersucht. Ein besonderes Augenmerk liegt auf dem Einfluss von Molybdän hinsichtlich der Ausbildung Fe-haltiger intermetallischer Phasen. Ein erster Nachweis der Phasen erfolgt über XRD-Messungen in Bragg-Brentano-Anordnung und der Zuordnung der Phasen zu den sich gebildeten Peaks über die PDF-Datenbank der ICDD. Neben Untersuchungen mittels Lichtmikroskop, werden die gebildeten Phasen mittels REM- und EDX-Messungen auf ihre Morphologie und ihre Stöchiometrie hin untersucht. Die Messungen zeigen, dass durch 0,1 wt% Mo die Ausbildung von Nadeln der β-Al5FeSi-Phasen im Druckgussprozess vollständig unterdrückt werden kann. Unter langsamen Erstarrungsbedingungen kann der Phasenanteil im Vergleich zu Mo-freien Legierungssystemen reduziert werden. Mo hat dementsprechend einen einformenden Effekt auf Fe-haltigen intermetallischen Phasen. Dadurch wird die Ausbildung der β-Nadeln weitestgehend unterdrückt und unter den schnellen Erstarrungsbedingungen des Druckgussprozesses vollständig eliminiert. Stattdessen bilden sich blockige α-Al15(Fe,Mn)3Si2-Phasen aus. Infolge eines Lösungsglühens bei 465˚C löst sich ein Teil der Cu-haltige Q- und [Theta]-Phasen durch Fragmentierung und anschließende Sphäroidisierung der Mg- und Cu-Atome in den Al-Mischkristall auf. Auf die Fe-haltigen Phasen hat ein Lösungsglühen bei bei 465˚C keinen Einfluss. Unter Berücksichtigung der mechanischen Eigenschaften von Aluminium-Druckgussbauteilen, lassen sich durch Beimengung von Mo und einem optimierten Lösungsglühen, die bruchzähigkeitsmindernden β-Al5FeSi-Phasen in Gänze eliminieren und somit eine Steigerung der mechanischen Kennwerte hinsichtlich Bruchzähigkeit und Dehngrenze erreichen.



Heise, Niclas;
Designstudie zur Mikrotransferdruck-Technologie von funktionalen Komponenten für die heterogene Integration von Halbleiter-Bauelementen. - Ilmenau. - 90 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018

Bei der Mikrotransferdruck-Technologie ([my]TP) werden funktionale Elemente der Halbleiterfertigung (Chiplets) mithilfe eines Elastomer-Stempels von einem Spenderwafer gelöst und zu einem Zielwafer transferiert, auf dem sie auf Waferlevel integriert werden. Vor dem Prozessschritt Mikrotransferdruck findet eine Unterätzung der Chiplets statt, sodass diese nur noch an einer schmalen Halterung (Tether) mechanisch fixiert sind, die beim Druckvorgang zusätzlich als Sollbruchstelle dient. Im Rahmen der Masterarbeit wurden Designvarianten für die Tetherstrukturen unter Berücksichtigung des Ätzverhaltens von Silizium in KOH und der mechanischen Spannungszustände beim Druckvorgang erstellt und untersucht. Durch Prozess- und Strukturvariationen der Tether wurden dabei Sollbruchstellen erzeugt. Die experimentelle Untersuchung des mechanischen Verhaltens erfolgte mithilfe eines Nanoindenters. Die Ausbeute beim Printvorgang wurde hinsichtlich verschiedener Kriterien untersucht und verglichen. Im Ergebnis der Bearbeitung wurden Design-Beschränkungen für die Tether aufgezeigt und Design-Regeln formuliert.



Stilkerich, Nina;
Herstellung und Untersuchung von wasserstoffdotierten Aluminiumnitridschichten. - Ilmenau. - 88 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2018

Wasserstoffdotierte Aluminiumnitridschichten (AlN:H) weisen gegenüber undotierten Aluminiumnitridschichten veränderte Eigenschaften auf, die für eine Anwendung von AlN:H als Antireflexions- und Passivierungsschicht auf Silizium-Solarzellen oder für eine Anwendung in Bauteilen, welche akustische Oberflächenwellen leiten, vorteilhaft sind. Im Rahmen eines übergeordneten Projekts sollen verschiedene Einflüsse auf die Passivierungswirkung von AlN:H-Schichten genauer erforscht werden. Ziel dieser Arbeit ist es, zunächst die Stöchiometrie der AlN:H-Schichten weiter zu verbessern und das Vorkommen von Wasserstoff in den Schichten nachzuweisen. Auch der Einfluss unterschiedlicher Depositionstemperaturen sowie eines nachträglichen Glühprozesses auf die Struktur und das Gefüge der Schicht werden untersucht. Die Bestimmung der Stöchiometrie durch energiedispersive Röntgenspektroskopie ist aufgrund der geringen Energie der Kα-Röntgenlinien von N und O fehleranfällig und liefert keine eindeutigen Ergebnisse. Eine Quantifizierung der Spektren, welche durch optische Glimmentladungsspektroskopie (GDOES) erstellt worden sind, weist fast-stöchiometrische Schichten mit einem Al/N-Atomprozentverhältnis zwischen 0,95 und 1,33 nach. Bei wasserstoffdotierten Schichten ist der Sauerstoffgehalt durch eine Hydrolysereaktion erhöht. Weiterhin hat die GDOES-Analyse gezeigt, dass ein erhöhter Wasserstoffgehalt in den AlN:H-Schichten vorhanden ist, der Wasserstoffgehalt mit steigender Depositionstemperatur sowie nach einem Glühprozess jedoch abnimmt. Durch Röntgenbeugungsexperimente (XRD) wird das Vorkommen von polykristallinem AlN in der hexagonalen Wurtzitstruktur nachgewiesen. Daneben finden sich Hinweise auf kubisches AlN. Die Depositionstemperatur und die Dotierung mit Wasserstoff beeinflussen die Orientierung, Größe und Form der Kristallite, wie Röntgenbeugungsexperimente und Aufnahmen mit dem Rasterelektronenmikroskop in Übereinstimmung mit der Literatur zeigen. Die Schichtdicke kann durch Messungen mit dem taktilen Profilometer, dem Rasterelektronenmikroskop, dem Weißlichtinterferometer oder GDOES im Rahmen der verfahrensbedingten Grenzen bestimmt werden. Als Weiterführung dieser Arbeit sind u.a. Kapazitäts-Spannungs-Messungen geplant. So soll herausgefunden werden, welche Depositionstemperatur unter Berücksichtigung der Struktur, des Gefüges und des Vorkommens von Wasserstoff in den AlN:H-Schichten für eine Anwendung als Passivierungsschicht auf Si-Solarplatten die geeignetste ist.



Engelbrecht, Jan;
Produktlebenszyklusbasierte Untersuchung der Schadstoffemissionen verschiedener Antriebskonzepte für Automobile aus Sicht der Werkstoffanwendungen. - Ilmenau. - 89 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2018

Diese Arbeit gibt zunächst einen Überblick über die gesetzlichen Rahmenbedingungen bezüglich der geltenden Emissionsgrenzwerte für konventionelle PKW. Anschließend wird deren Funktionsweise im Vergleich zu batterie- und wasserstoffbetriebenen Elektroautos, unter besonderer Berücksichtigung der Entstehungsmechanismen der Abgase (sofern diese existieren), näher erläutert und die im Rahmen des Abgasskandals vom Kraftfahrt-Bundesamt gemessenen Stickoxide verschiedener Fahrzeughersteller vorgestellt. Zusätzlich werden im Rahmen einer Lebenszyklusanalyse die Kohlendioxidemissionen der Bereitstellung von verschiedenen Sekundärenergien aus Primärenergieträgern ('Well-to-Tank') und der weiteren Energiewandlung in Nutzenergie ('Tank-to-Wheel') untersucht und zusammenfassend in der kombinierten Well-to-Wheel Betrachtung vergleichend dargestellt. Darauf aufbauend wird ermittelt, ab welcher Laufleistung, basierend auf den unterschiedlichen Wirkungsgraden und Energiebedarfen der verschiedenen Antriebe, ein Elektroauto eine günstigere Gesamtbilanz, im Bezug auf die Kohlendioxidemissionen, aufweist. Ferner werden aus werkstofflicher Sicht ausgewählte Antriebskomponenten, Karosserie, Bereifung und Elektrik/Elektronik in Herstellung und Entsorgung (soweit aus der Literatur ersichtlich), und deren Auswirkungen auf den Kraftstoffverbrauch bzw. die Kohlendioxidemissionen, näher beleuchtet. Abschließend werden die Schadstoffemissionen konventioneller Fahrzeuge im Stadtverkehr dargestellt, sowie aus Konsumentensicht diverse entscheidungsrelevante Faktoren bei der Kaufentscheidung bezüglich eines konventionellen oder alternativen Antriebs untersucht und evaluiert.



Yuan, Qian;
Hydrogenated WS2 as anode material for lithium-ion batteries. - Ilmenau. - 75 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2017

Übergangsmetalldichalkogenid-Nanopartikel sind in neueren Lithium-Ionen-Batterien (LIBs) als Anodenmaterial aufgrund ihrer geschichteten Struktur vorherrschend, da sie als Wirtsgitter wirken, wenn sie mit Molekülen reagieren, um eine Interkalationsverbindung zu ergeben. Andererseits zeigen plasmahydrierte Nanopartikel auch eine schnelle Lithium-Speicherleistung. Einer der wichtigen Gründe für die bemerkenswerte Verbesserung der elektrochemischen Leistung sind die ungeordneten Oberflächenschichten, die die Pseudokapazität der Lithiumspeicherung verbessern. Hier haben wir einen interessanten Ansatz vorgeschlagen, indem wir diese beiden Ideen miteinander kombinieren, um hydrierte WS2-Nanopartikel als Anodenmaterial für LIBs herzustellen. Hydrierte WS2-Nanopartikel wurden über ein Tropfgussverfahren und eine anschließende Plasmahydrierungsbehandlung bei 300 ˚C für 2 Stunden hergestellt. Systematische Charakterisierungsmethoden wie hochauflösende Transmissionselektronenmikroskopie (HR-TEM), Röntgenbeugungsspektroskopie (XRD), Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS) und Raman-Spektroskopie wurden verwendet, um die strukturelle Entwicklung zwischen den ursprünglichen und hydrierten WS2-Nanopartikeln zu untersuchen. Die hydrierten WS2-basierten LIBs besitzen eine signifikant höhere spezifische Kapazität bei unterschiedlichen Stromdichten. Darüber hinaus zeigt die elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS) eine drastische Abnahme des Ladungstransferwiderstands von 313,5 auf 7,173 [Omega], was bedeutet, dass die plasmagestützte Elektrode für den Elektronentransport während des Li-Ionen-Insertions- / Extraktionsprozesses günstiger ist.



Ugarte Díaz, Jorge Alfonso;
Preparation and characterization of sputtered hydroxyapatite thin films. - Ilmenau. - 85 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2017

In dieser Arbeit, wurden Hydroxyapatit (HAp) Schichten unter Verwendung von zwei verschiedenen Sputtertechniken hergestellt: Radiofrequenz Magnetronsputtern und Ionenstrahlsputtern. Im erste Fall wurden die Schichten auf Ti-6Al-4V-Substraten unter Verwendung eines hochreinen kommerziellen HAp-Targets gewachsen, wobei eine Dicke von 200 nm erhalten wurde. Für die zweite Herstellungsmethode wurden die Schichten auf reinen Titansubstraten unter Verwendung eines selbst hergestellten HAp-Targets abgeschieden. Dieses wurde aus einem Pulver (Ca/P = 1,628, gesintert und zerkleinert) hergestellt. Die Schichtdicke war hier, nach dem Ionenstrahlsputtern 300 nm. Die Sinterversuche für die Targetherstellung wurde unter Verwendung von zwei verschiedenen Heizregimen bei einer maximalen Temperatur von 1200 ˚C (Haltezeit von 2h und 4h) unter Verwendung von verschiedenen Additiven durchgeführt. Als Additive kamen Wasser (H2O), Polyvinylalkohol (PVA) und Polyethylenglykol (PEG) zum Einsatz, um dis mechanische Festigkeit der Grünkörper zu verbessern. Als Target für das Ionenstrahlsputtern wurde die der gesinterte HAp Körper mit den Herstellparametern: Verdichtungsdruck: 72 MPa; Sintern bei 1200 ˚C für 4h unter Verwendung einer Additivmischung aus PEG und PVA in wässriger Lösung genutzt, da dieses die strukturellen und chemischen Eigenschaften aufweist, die dem Pulver sehr ähnlich sind und eine Sinterdichte von 1.78 g/cm3, was die 56% der theoretischen Dichte (3.156 g/cm3). Die erhaltenen Schichten war in beiden Fällen nach dem Sputtern amorph. Daher wurden auch die Schichten in einem Nachbehandlungsschritt erneut getempert, um die Kristallinität zu erhöhen. Das Tempern wurde in Luftatmosphäre für 2 Stunden bei verschiedenen Temperaturen durchgeführt: 400, 600 und 800 ˚C für RF-Magnetron-Sputterproben; 600 und 800 ˚C für Ionenstrahlsputternproben. Das Ergebnis für die Schichten zeigt in beiden Fällen, dass die Kristallinität von HAp nur für die mit Ionenstrahlsputtern hergestellten getemperten Proben bei 800 C verbessert wurde. In beiden Fällen zeigen die energiedispersiven Röntgenspektroskopie-Messungen eine Verringerung des Ca/P-Verhältnisses mit steigender Temperatur. Die Messung der Härte ergab eine Zunahme dieser mit dem Anstieg der Temperatur möglicherweise aufgrund der Bildung von Titanoxid. Die Rauheit für die mit dem RF-Magnetron-Sputtern hergestellten Schichten steigt bis 600 ˚C an und sinkt dann bis 800 ˚C, während die Rauheit für die mit Ionenstrahlsputtern hergestellten Schichten in den abgeschiedenen Proben höher ist und dann mit steigender Tempertemperatur abnimmt. In beiden Fällen ist es auf die Kristallbildung zurückzuführen, die die Oberfläche glatter machen.



Haase, Sarah;
Ultraschalluntersuchungen zur Bestimmung von Materialparametern in verschiedenen Werkstoffgruppen. - Ilmenau. - 127 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2017

Die Werkstoffprüfung mit Ultraschall stellt einen wichtigen Bestandteil der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung dar. Durch dieses Verfahren kann eine Vielzahl von Werkstoffen untersucht werden. Die Anwendungsgebiete liegen hauptsächlich in der Fehlerlagenbestimmung, der Wandstärkenmessung und der Ermittlung von elastischen Materialkennwerten, wie der Elastizitätsmodul und der Poissonsche Konstante. Es besteht die Möglichkeit Bauteile jeder Größe und Geometrie zu vermessen. Die vorliegende Arbeit richtet das Hauptaugenmerk auf die Bestimmung von elastischen Materialkennwerten, den Elastizitätsmodul und die Poissonsche Konstante, von zwei verschiedenen Werkstoffgruppen. Bei den untersuchten Materialien handelt es sich um Silizium, Kieselglas und Fensterglas. Für die Bestimmung der Materialkennwerte ist es notwendig die Schallgeschwindigkeit der Transversalwellen und der Longitudinalwellen zu messen, da zwischen diesen eine Abhängigkeit besteht. Es wird außerdem die Schallschwächung gemessen. Gläser weisen isotrope Materialeigenschaften auf. Dies wird durch die Untersuchung der Kieselglasproben gezeigt. Des Weiteren ergibt die Untersuchung von mit Titan dotiertem Kieselglas im Vergleich zu reinem Kieselglas, sowie die Untersuchung von eingefärbten Fensterglasproben, dass die Zusätze einen Einfluss auf die elastischen Eigenschaften nehmen. Die Ultraschallmessungen sind von der Dichte abhängig, folglich auch die Materialparameter, weswegen die Zusätze diese beeinflussen werden. Außerdem wird eine Inhomogenitätsuntersuchung von Fensterglasplatten vorgenommen, welche ergibt, dass sich keine Inhomogenitäten zeigen, begründet durch die relativ großen Schwankungen der Messwerte. Silizium ist ein anisotropes Material. Für die Untersuchung der anisotropen Materialeigenschaften werden Siliziumeinkristalle mit verschiedenen Orientierungen herangezogen. Auch hier werden, zur Berechnung des Elastizitätsmodul, die Schallgeschwindigkeiten benötigt. Für die Transversalwellengeschwindigkeitsmessung ergibt sich dabei eine Winkelabhängigkeit. Letztendlich werden für Silizium, da es sich um ein kubisches Kristallsystem handelt, nur drei Schallgeschwindigkeitsmessungen benötigt, um für jede beliebige Kristallrichtung einen Elastizitätsmodul zu bestimmen. Es wird wieder bestätigt, dass die Dichte, in dem Fall die Netzebenendichte, die Ultraschallmessung und im Besonderen die Schallschwächung beeinflusst. Die gemessenen und berechneten Werte finden sich in guter Übereinstimmung mit der Literatur.



Munante Palacin, Paulo;
Characterization of carbon based nanostructures for the detection of tuberculosis. - Ilmenau. - 103 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2017

Tuberkulose ist weltweit eine führende tödlichen Krankheiten mit mehr als 9 Millionen Neuinfektionen pro Jahr. Aktuelle diagnostische Methoden weisen mehrere Nachteile auf. Eine der vielversprechendsten Alternativen, um dies zu überwinden, ist die Entwicklung von nanostrukturierten Diagnosesystemen, die in der Lage werden, Moleküle zu erkennen, die mit bestimmten Krankheiten assoziiert sind. Seit seiner Entdeckung ist Graph eine vielversprechende Möglichkeit für die Entwicklung dieser Sensorelemente aufgrund seiner hervorragenden elektronischen Eigenschaften. In dieser Arbeit wurde ein Graphen-basierter Feldeffekttransistor (FET) für die Tuberkulose-DNA-Detektion entwickelt, um die Grundlage für ein diagnostisches Verfahren zu schaffen, das die gegenwärtigen Einschränkungen überwindet. Die Sensorelemente aus Graphenmonoschichten wurden in den Stufen: Glühen des Substrats, dem Zugeben des Linkers und der Funktionalisierung unter Zugabe einer Probe-DNA zur TB-Detektion hergestellt. Zusätzlich wurden zwei Sensorelemente hergestellt: Ein System mit der Zugabe einer komplementären DNA Sequenz ("DNA Target") und die andere mit einer nicht übereinstimmenden DNA-Sequenz ("Non-complementary DNA"). Das Graphen und der Transistor wurden in jeder Stufe des Herstellungsprozesses strukturell, chemisch und morphologisch mittels Raman-Spektroskopie, energiedispersive Röntgenspektroskopie (EDS), Optische Mikroskopie, Laserscanning-Mikroskopie (LSM), Rasterelektronenmikroskopie (SEM) und Rasterkraftmikroskopie (AFM) charakterisiert. Die Ergebnisse zeigten eine geeignete Funktionalisierung der Graphen-Oberfläche mit dem Linker, die Immobilisierung der Sonden - Tuberkulose - DNA und die Hybridisierung mit dem entsprechenden ("DNA Target"), nachgewiesen durch Beobachtung unterschiedlicher homogener Morphologien und eine entsprechende Erhöhung der Rauhigkeit in jedem Stadium des Herstellungsprozesses sowie durch die Anwesenheit von charakteristischen Peaks der stickstoffhaltigen Basen in der energiedispersiven Röntgenspektroskopie und durch die Variation von Graphen-Absorptionsbänder im Raman-Spektrum. Im Gegensatz dazu zeigte, das Sensorelement mit der "nicht-komplementaren DNA" eine Agglomeration der Moleküle und die Segregation von Salzen auf einer heterogenen Oberfläche. Die Ergebnisse der Charakterisierung stimmen mit den zuvor durchgeführten elektronischen Merkmalen überein. Diese Untersuchung bildet die Grundlage für die Entwicklung eines Tuberkulose-Nachweissystems auf der Basis der Nanotechnologie für den klinischen Einsatz.



Almenara, Carlos;
Anysotropy and humidity effect on tensile properties and electrical volume resistivity of fused deposition modeled acrylonitrile butadiene styrene composites. - Ilmenau. - 106 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2017

In der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss von Anisotropie und Feuchtigkeit auf die Zugeigenschaften und den elektrischen Volumenwiderstand von ABS/CNT und ABS/mCF, hergestellt durch FDM-3D-Druck, untersucht. Um den Einfluss der Anisotropie zu untersuchen, wurden drei unterschiedliche Schichtdruckorientierungen (0 ˚, 45 ˚ und 45 ˚ / -45 ˚) in einer Schichthöhe von 0,2 mm verglichen. Es wurde festgestellt, dass der Einfluss der Anisotropie auf das ABS/mCF-Zugverhalten aufgrund der Beziehung zwischen der Leistung/dem Widerstand und der Ausrichtung der Bewehrung wichtig ist. Auf der anderen Seite wurde kein signifikanter Einfluss auf die ABS/CNT gefunden. Bei dem elektrischen Volumenwiderstand wurde keine signifikante Variation bei ABS/CNT durch die Anisotropie der Schichten gefunden. ABS/mCF konnte wegen des hohen Widerstandes des Verbundwerkstoffes nicht getestet werden. Um den Einfluss von Feuchtigkeit zu untersuchen, wurden zwei Bedingungen auf den Filamenten der Materialien in der Studie verglichen: trocken und Feuchtigkeit ausgesetzt. Es wurde festgestellt, dass der Einfluss der Feuchtigkeit auf ABS/mCF-Zugverhalten ebenfalls bemerkenswert ist, da die von den Filamenten absorbierte Feuchtigkeit durch Dampfblasenexplosionen während des 3D-Druckens entfernt wird, wodurch die Haftung zwischen den Fasern und der Matrix verarmt. Auf der anderen Seite wurde erneut kein signifikanter Einfluss auf ABS/CNT gefunden. Der elektrische Volumenwiderstand wird stärker durch Feuchtigkeit beeinflusst, was auf die dank der zuvor erwähnten Dampfexplosionen weniger einheitliche Struktur der Proben zurückzuführen ist, die mit der Feuchtigkeit ausgesetzten Filamenten gedruckt wurden.



Trautvetter, Tom;
Elektrische Leitfähigkeitsuntersuchungen an MOX-Schichten für die Gassensorik. - Ilmenau. - 105 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2017

Für die Erkennung von Bränden in der frühen Entstehungsphase, ist es erforderlich Sensoren mit hoher Sensitivität, Langzeitstabilität und geringer Querempfindlichkeit zu entwickeln. Gassensoren auf Basis von Metalloxiden zeichnen sich durch unterschiedliche Sensitivitäten gegenüber verschiedenen Rauch- und Brandgasen aus. Ziel dieser Arbeit war es, anhand von Komplexuntersuchungen die elektrischen Kenndaten der untersuchten Metalloxidschichten in Abhängigkeit von Prozessführung, Struktur-, Gefüge- und Eigenschaftsbeziehungen zu evaluieren. Dazu wurden Schichten aus WO3 und SnO2 auf ebenem Siliziumsubstrat untersucht. Mittels Magnetronsputtern in Sauerstoffatmosphäre wurden diese aufgetragen und in einem anschließenden Temperprozess behandelt. Zu den Ermittlungen der elektrischen Eigenschaften kamen Untersuchungen der Oberflächenbeschaffenheit, Kristallinität, Korngröße und Schichtdicke hinzu (Masterarbeit Anna Franz). Parallel dazu wurden quantitative Tiefenprofil- und Stöchiometrieanalysen mittels optischer Glimmentladungsspektroskopie erstellt (Masterarbeit Rene Böttcher). Auf Basis von theoretischen Modellen zum Ladungstransport in dünnen Schichten, wurden die Ergebnisse der elektrischen Leitfähigkeitsuntersuchungen bewertet. Es stellte sich heraus, dass für die untersuchten Metalloxidschichten das Modell nach Mayadas und Shatzkes, welches einen Korngrenzeneinfluss auf den elektrischen Widerstand als vordergründig propagiert, als valide eingestuft werden kann. Die für WO3 und SnO2 optimalen Prozessparameter konnten im Rahmen der Untersuchungen bestimmt werden. Zudem wurden im Rahmen des EU-Projektes SAFESENS weiterführende Gassensortests vom Projektpartner Bosch am Standort Reutlingen durchgeführt. Mit abnehmender Schichtdicke konnte die Sensitivität der untersuchten Metalloxidschichten gesteigert werden. Wolframoxid zeigte gegenüber NO2 und Zinnoxid gegenüber H2 sehr gute Sensorreaktionen mit entsprechenden Sensitivitäten. Es konnte zudem ein kurzes Ansprechverhalten auf die zugeführten Gase, für beide Materialsysteme in Dünnschichtkonfiguration, nachgewiesen werden.



Romeis, Marco;
Optimierung der Vormateriaspezifikationen für das Aluminiumschmieden. - Ilmenau. - 113 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2017

Das Schmieden von Aluminiumbauteilen aus stranggegossenem Barrenzuschnitten wird erst seit wenigen Jahren industriell angewendet. Die Anforderungen, die an dieses gestellt werden, sind deshalb nicht genauer festgelegt. Das Ziel dieser Arbeit war es Spezifikationen für dieses Vormaterial aus einer hochlegierten 6082 Aluminiumlegierung zu erarbeiten. Der Fokus der Grundlagenrecherche lag darauf verschiedene Anforderungen und Voraussetzungen an das Vormaterial zu definieren, sowie Empfehlungen aus der Literatur zusammenzufassen. Der Augenmerk des experimentellen Teils war die Untersuchung verschiedener Homogenisierungstemperaturen, -zeiten und Abschreckraten, sowie die Bestimmung geeigneter Parameterkombinationen für den Schmiedeprozess. Weiteres Ziel dieser Arbeit war es im Sinne einer Eingangsprüfung eine einfache Methode zur Bestimmung des gewünschten Homogenisierungszustandes zu entwickeln. Durch die Literaturrecherche konnten sinnvolle Grenzwerte für den Wasserstoffanteil definiert werden. Auch weitere Einschränkungen zur chemischen Zusammensetzung des Vormaterials konnten getroffen werden. Im experimentellen Teil dieser Arbeit wurde die Einformung der AlFe(Mn)Si-Phasen und die Auflösung der Mg2Si-Mikroseigerungen in Abhängigkeit der Homogenisierungsparameter bei verschiedenen Wärmebehandlungszuständen bestimmt. Es wurden Untersuchungen am Rasterelektronenmikroskop, sowie am Lichtmikroskop durchgeführt. Außerdem wurden die mechanischen Kennwerte der Probekörper im Zustand T6 ermittelt. Resultat der Versuche war, dass eine Homogenisierungstemperatur von über 510 ˚C und Abschreckraten unter 300 K/h notwendig sind, um die vorhandenen Mg2Si-Mikroseigerungen nach Aufheizung im Anwärmofen aufzulösen. Durch Versuche an geschmiedeten Bauteilen konnte zudem festgestellt werden, dass sich auch nicht homogenisiertes Vormaterial für den Schmiedeprozess eignen könnte. Es zeigte sich, dass nicht homogenisiertes Vormaterial zu keiner erhöhten Rissbildung führt. Grund ist vermutlich die Umwandlung der vorhandenen β-AlFeSi-Phasen in die α-AlFe(Mn)Si-Phasen, die bereits im Anwärmofen erfolgte. Untersucht wurde zudem die Grobkornausbildung, die mechanischen Kennwerte im Zustand T5, sowie das Gefüge an einem stark umgeformten Stelle. In den durchgeführten Versuchen zeigte sich zudem, dass durch die Messung der Härte und der elektrischen Leitfähigkeit, eine Bestimmung des Homogenisierungszustandes möglich ist. Eine Zusammenhang zwischen dem durch das Ultraschallverfahren bestimmten E-Modul bzw. den Schallschwächungskoeffizienten und des Homogenisierungszustandes war nicht feststellbar. Es konnte allerdings die These bestätigt werden, dass durch die UDas Schmieden von Aluminiumbauteilen aus stranggegossenem Barrenzuschnitten wird erst seit wenigen Jahren industriell angewendet. Die Anforderungen, die an dieses gestellt werden, sind deshalb nicht genauer festgelegt. Das Ziel dieser Arbeit war es Spezifikationen für dieses Vormaterial aus einer hochlegierten 6082 Aluminiumlegierung zu erarbeiten. Der Fokus der Grundlagenrecherche lag darauf verschiedene Anforderungen und Voraussetzungen an das Vormaterial zu definieren, sowie Empfehlungen aus der Literatur zusammenzufassen. Der Augenmerk des experimentellen Teils war die Untersuchung verschiedener Homogenisierungstemperaturen, -zeiten und Abschreckraten, sowie die Bestimmung geeigneter Parameterkombinationen für den Schmiedeprozess. Weiteres Ziel dieser Arbeit war es im Sinne einer Eingangsprüfung eine einfache Methode zur Bestimmung des gewünschten Homogenisierungszustandes zu entwickeln. Durch die Literaturrecherche konnten sinnvolle Grenzwerte für den Wasserstoffanteil definiert werden. Auch weitere Einschränkungen zur chemischen Zusammensetzung des Vormaterials konnten getroffen werden. Im experimentellen Teil dieser Arbeit wurde die Einformung der AlFe(Mn)Si-Phasen und die Auflösung der Mg2Si-Mikroseigerungen in Abhängigkeit der Homogenisierungsparameter bei verschiedenen Wärmebehandlungszuständen bestimmt. Es wurden Untersuchungen am Rasterelektronenmikroskop, sowie am Lichtmikroskop durchgeführt. Außerdem wurden die mechanischen Kennwerte der Probekörper im Zustand T6 ermittelt. Resultat der Versuche war, dass eine Homogenisierungstemperatur von über 510 ˚C und Abschreckraten unter 300 K/h notwendig sind, um die vorhandenen Mg2Si-Mikroseigerungen nach Aufheizung im Anwärmofen aufzulösen. Durch Versuche an geschmiedeten Bauteilen konnte zudem festgestellt werden, dass sich auch nicht homogenisiertes Vormaterial für den Schmiedeprozess eignen könnte. Es zeigte sich, dass nicht homogenisiertes Vormaterial zu keiner erhöhten Rissbildung führt. Grund ist vermutlich die Umwandlung der vorhandenen β-AlFeSi-Phasen in die α-AlFe(Mn)Si-Phasen, die bereits im Anwärmofen erfolgte. Untersucht wurde zudem die Grobkornausbildung, die mechanischen Kennwerte im Zustand T5, sowie das Gefüge an einem stark umgeformten Stelle. In den durchgeführten Versuchen zeigte sich zudem, dass durch die Messung der Härte und der elektrischen Leitfähigkeit, eine Bestimmung des Homogenisierungszustandes möglich ist. Eine Zusammenhang zwischen dem durch das Ultraschallverfahren bestimmten E-Modul bzw. den Schallschwächungskoeffizienten und des Homogenisierungszustandes war nicht feststellbar. Es konnte allerdings die These bestätigt werden, dass durch die Ultraschallmessung eine deutlich genauere E-Modulbestimmung als mit dem Zugversuch möglich ist. Ultraschallmessung eine deutlich genauere E-Modulbestimmung als mit dem Zugversuch möglich ist.



Hübner, Daniel;
Detaillierter Vergleich des mengen-und wertmäßigen Rohstoffaufkommens auf mineralogischer Basis. - Ilmenau. - 183 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2017

Der prognostizierte, starke Bevölkerungszuwachs auf der Erde sorgt unweigerlich für die Zunahme des Rohstoffverbrauchs und damit einhergehende Konkurrenzsituation zwischen den einzelnen Akteuren. In Folge dessen gilt es vor allem für das als rohstoffarm eingestufte Deutschland sich mit den heimischen und weltweiten Vorkommen auseinanderzusetzen und auch im Rahmen der Arbeit zu klären inwieweit diese Aussage zutrifft. Die 50 Rohstoffe mit dem größten jährlichen Fördervolumen werden eingehend behandelt, um schließlich das jährliche Aufkommen sowie dessen Wert mit den Studienergebnissen aus der Dissertation von Johann Lawatscheck aus dem Jahr 1987 zu vergleichen.



Honig, Hauke;
Untersuchungen zur 3D-FIB Tomographie an Mikro- und Nano-Werkstoffen. - Ilmenau. - 132 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2017

An dem Schaltgefüge eines Silber/Nickel-Kontaktwerkstoffs und an nanoporösen Gold-Nano-partikeln werden zur dreidimensionalen (3D) Gefügerekonstruktion Serienschnitte mittels fokussiertem Ionenstrahl (FIB) ausgeführt und rasterelektronenmikroskopische (REM) Bilder aufgenommen. Dabei steht die Entwicklung einer Methodik zur Auswahl und Beurteilung geeigneter Bildaufnahme- und Schnittparameter und zur 3D Rekonstruktion der mittels FIB/REM-Tomographie gewonnenen Daten im Mittelpunkt. Zur Identifikation der in einem lichtbogenbelasteten Ag/\Ni-Kontaktmaterial vorliegenden Phasen werden mittels energiedispersiver Röntgenspektroskopie (EDX) Elementverteilungen über die Messfläche ermittelt. Nach der Bildverarbeitung werden bei der Silber/Nickel-Probe die Ag-Phase und die Poren rekonstruiert. Daraus werden Daten zu den Verteilungen von Größe, Lage und Form der Poren und Ag-Partikel extrahiert. Anhand der erzielten Ergebnisse resultiert ein tiefenabhängig, schichtartig aufgebautes Gefüge aus großen Ni- und NiO-Gebieten mit groben und feinen Poren und überwiegend sphärisch geformten Ag-Partikeln. Ein weiteres Ergebnis sind Schnittansichten parallel zur Kontaktoberfläche, in denen hexagonal geformte Ni/NiO-Körner mit teilweise Ag-gefüllten interkristallinen Rissen zu beobachten sind. Die nanoporösen Au-Nanopartikel sind mittels Entnetzung und Entmischung mit partieller Auflösung (Dealloying) aus einer Au-Ag-Legierung hergestellt worden. Aus ihren 3D Rekonstruktionen werden unter anderem der Volumenanteil des Goldes und die Breite der Goldstege bestimmt. Die ermittelte spezifische Oberfläche des zusammenhängenden Goldnetzwerkes beträgt etwa 12 m 2/g. Bei den vorliegenden Strukturgrößen der Breite der Au-Stege, in der Größenordnung um 10 nm, zeigt sich bei der Bildaufnahme eine Unsicherheit in der Zuordnung der Signaltiefe und eine scheinbare Stauchung der Rekonstruktionen in Schnittrichtung, die auf abweichende tatsächliche Schnittabstände hindeutet. Beide Effekte sind auf die Lage im Grenzbereich des Auflösungsvermögens der FIB/REM-Tomographie zurückzuführen. Als zusammenfassendes Ergebnis kann genannt werden, dass die entwickelte Methodik zur Aufnahme, 3D Rekonstruktion und Auswertung von FIB/REM-Tomographie-Daten, verallgemeinert, sowohl für große als auch kleine Dimensionen anwendbar ist.



Wendt, Paul;
Einfluss verschiedener Wärmebehandlungen auf Gefüge und Eigenschaften von Powertrain-Bauteilen aus Recycling-AlSi-Gusslegierungen. - Ilmenau. - 68 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2017

Ziel dieser Bachelorarbeit ist die Optimierung der Wärmebehandlung der Al-Druckgusslegierung 226D (AlSi9Cu3Fe) anhand von Kurbelgehäuse-Lagerstühlen. Dabei liegt bei der Bestimmung der idealen Temperatur und Glühzeit des Lösungsglühens der Schwerpunkt auf der Limitierung des Porenwachstums. Dieses wird mittels Ultraschallverfahren, Dichtemessungen und Schliffanalysen untersucht und verglichen. Während die Schallschwächung mit der Glühdauer annährend linear ansteigt, weist der Dichteabfall, wie auch der Porenanteil der Gefügebilder, auf ein sprunghaftes Anwachsen der Porosität hin. Um eine hinreichende Auflösung der aushärtenden intermetallischen Phasen zu erreichen, muss ein Kompromiss zwischen hohen mechanischen Eigenschaftskennwerten und der Porositätsvergröberung des Bauteils getroffen werden. Ein weiterer Fokus liegt auf der Einformung des Si, welche anhand von Härtemessungen und Mikroskopie beurteilt wird. Ein idealer Härteabfall bestätigt die Parameter 3 h Glühzeit bei 465 ˚C für weitere Auslagerungsversuche. Eine an das Wasserabschrecken anschließende Kaltauslagerung benötigt 72 h bis sie zu 90 % abgeschlossen ist. Die ideale Temperatur und Auslagerungszeit für die Warmauslagerung wurden mittels Härtemessungen für T6 bestimmt. Es überraschen jedoch sinkende Härtewerte trotz begünstigter Diffusion. Das Härtemaximum für die Warmauslagerung stellt sich bereits zwischen 1 h und 1,5 h bei 200 ˚C ein, ungeachtet des Gusswachstums. Mittels einer dreitägigen Kaltauslagerung und anschließender Warmauslagerung bei 200 ˚C sind zu Beginn geringfügig höhere Härtewerte zu erreichen.



Otto, Lisa-Marie;
Werkstoffanalytische Untersuchungen verschiedener MOX-Sensoroberflächen. - Ilmenau. - 62 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2017

Die Herstellung dünner TiO_ 2 -Schichten mit dem Ziel Anatas abzuscheiden, erfolgte in Fortsetzung der Masterarbeit von Valerie Siller [19]. Es ist gelungen, ohne einen zusätzlichen Temperschritt, Anatas herzustellen. Dies gelang durch RF-Magnetronsputtern bei einer Sputterleistung von 200 W, einer Bias-Spannung von 200 V, einem Argon-Gasuss von 80 sccm und durch Aufheizen des Substrates auf 600 ˚C. Allerdings zeigte sich diese Phase nur anhand eines kleinen Peaks. Durch anschließende Temperversuche dieser Anatas enthaltenden Probe konnte eine Temperaturspanne ermittelt werden, in der die Anatas-Phase gefördert wird. Eine Temperung von 20 min bei 460 ˚C erwies sich als günstig. Für weitere Untersuchungen ist es sinnvoll, den Bereich um diese Temperatur genauer zu betrachten und einzugrenzen, denn eine Temperatur von 560 ˚C begünstigte bereits die Bildung von Rutil. Des Weiteren wurde mit Hilfe von GDOES-Tiefenprolen festgestellt, dass nach der Temperung Sauerstoff in der Sperrschicht fehlte. Dementsprechend wäre auch eine Variation der Haltezeit bei 460 ˚C interessant. Die Schichtdicke konnte nicht exakt bestimmt werden, da im FIB-Schnitt kein genauer Übergang zwischen der Titanoxidschicht und der aufgebrachten Kohlenstoffschicht zu sehen war. Zudem wiesen die an verschiedenen Stellen gemessenen Schichtdicken starke Schwankungen auf, sodass Dicken zwischen 51 nm und 70 nm gemessen wurden. Die Ergebnisse der Serie 5 konnten nicht bestätigen, dass mit steigender Bias-Spannung die Bildung von Anatas begünstigt wird. Es bildete sich lediglich Rutil aus. Zur Untersuchung der Schichten sollte auch auf andere Verfahren, wie beispielsweise dem TEM (Transmissionselektronenmikroskop) oder RFM (Rasterkraftmikroskop) zurückgegriffen werden, da die entstandenen Schichten mit dem REM nur schwer aufzulösen waren. Somit können genauere Aussagen über Korngrößen, Porosität und Geschlossenheit der Schicht getroen werden.



Matthes, Sebastian;
Ultraschallmessungen - Einfluss von Kristallrichtung, Gefüge und Bauteilungänzen auf mechanische Werkstoffkennwerte. - Ilmenau. - 136 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2017

Die Ultraschallprüfung zeichnet sich besonders durch eine große Flexibilität und eine relativ einfache und kostengünstige Messanordnung aus. Ein weiterer entscheidender Vorteil ist die Möglichkeit der Prüfung einer großen Bandbreite an Werkstoffen. Trotz der verminderten Auflösungsgrenzen gegenüber anderen Verfahren, zählen die Untersuchungen mit Ultraschall zu den Wichtigsten der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung. Hauptanwendungsgebiete sind die Wandstärkenbestimmung und die Fehleranalyse unterschiedlichster Werkstoffe und Probengeometrien. Die räumliche Variation des Porenvorkommens in Gusskomponenten sind für eine große Streuung der mechanischen Werkstoffkennwerte verantwortlich. Ziel dieser Arbeit ist es unter anderem eine Porendetektion mittels Ultraschall zu ermöglichen. Die Untersuchungen haben gezeigt, dass eine Korrelation zwischen dem Porenvorkommen und dem Schwächungskoeffizienten nicht möglich war. Dies ist vor allem auf die als kritisch zu bewertende Reproduzierbarkeit der Ankoppelbedingungen zurückzuführen. Durch die Ermittlung des Rauschens der Ultraschallsignale konnte gezeigt werden, dass Korrelationen im Hinblick auf Porengröße und -anzahl möglich sind. Eine Verifizierung und Korrelation mit quantitativen Aussagen über das Porenvorkommen dieser Methode erfordert weiterführende Untersuchungen. Weiterhin wurde gezeigt, dass zur Vermessung von Bauteilgeometrien mittels Ultraschall höhere Frequenzen aufgrund des besseren Auflösungsvermögens vorzuziehen sind. Besonders bei der Vermessung von oberflächennahen Geometrien innerhalb des Bauteils sind Festkörpervorlaufstrecken in Erwägung zu ziehen. Neben der Fehleranalyse können Ultraschallsignale zur Ermittlung elastischer Werkstoffkenngrößen, wie z. B. dem Elastizitätsmodul, der Querkontraktionszahl und dem Schubmodul, verwendet werden. Die Ermittlung des Elastizitätsmoduls wird durch das Bestimmen der longitudinalen und transversalen Schallgeschwindigkeiten realisiert und es konnte eine sehr gute Korrelation zu Literaturwerten gezeigt werden. Die Untersuchungen anisotroper Körper zeigten, dass besonders auf die korrekte Berechnungs- und Vermessungsgrundlage zu achten ist. Weiterhin konnten die Dämpfungsgrade und die Schallgeschwindigkeiten in Korrelation mit den unterschiedlichen Netzebenenatomdichten gebracht werden.



Schneider, Jonas;
Entwicklung eines Konstruktionswerkstoffes für elektrische Antriebe mittels mittels simulativer Auslegung von eisenbasierenden Werkstoff-Zusammensetzungen. - Ilmenau. - 54 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2017

Diese Arbeit befasst sich mit der Auslegung von Konstruktionswerkstoffen in elektrischen Maschinen. Als Konstruktionswerkstoff bezeichnet man hierbei Bauteile, die nicht aktiv am Betrieb eines Motors teilhaben. Zielsetzung der Arbeit war es Werkstoffe auszuwählen, die das magnetische Drehfeld von Elektromotoren durch eine Verringerung der Hystereseverluste in diesen Bauteilen möglichst nicht beeinflussen. Außerdem sollte herausgearbeitet werden, ob und wie gut sich die Werkstoffsimulationssoftware JMatPro für die Vorhersage magnetischer Eigenschaften eignet. Die Auswahl der zu untersuchenden Stähle erfolgte anhand von Datenblättern. Hierbei stellte sich heraus, dass austenitische Stähle mit einer relativen Permeabilität nahe Eins gute Voraussetzungen für die gestellten Ziele besitzen. Zusätzlich wurden weitere Stähle in die Auswahl aufgenommen, um die Software an verschiedenen Gefügearten zu testen. Zur Kontrolle der simulierten Ergebnisse wurden diese mit magnetischen Messdaten verglichen. Diese wurden an einem Gerät der Firma Metis durchgeführt, welches mit Ringkernproben arbeitete. Als Ergebnis stellte sich heraus, dass die austenitischen Stähle am besten für den Einsatz als Konstruktionswerkstoff im Elektromotor geeignet sind. Ihr einziger Nachteil zu anderen Stählen besteht hierbei in geringeren mechanischen Eigenschaften. Anhand der Ergebnisse aus den verschiedenen Simulationen wurde festgestellt, dass diese nicht an allen Stahlsorten mit den Messungen einhergehen. So war die Übereinstimmung bei ferritischen und martensitischen Stählen sehr hoch, bei austenitischen Stählen wurden jedoch Schwierigkeiten festgestellt. Durch eine noch exaktere Simulation könnten in Zukunft Kosten in der Entwicklung von Werkstoffen eingespart werden.



Scheler, Theresa;
Herstellung und Charakterisierung dünner Schichten aus seltenerdendotierten Halbleitern mit großer Bandlücke. - Ilmenau. - 71 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2017

Die Bedeutung von halbleitenden Materialien in der heutigen Gesellschaft wird durch die fortschreitende Technisierung immer größer. Deshalb ist es wichtig die Forschung in diesem Teilbereich weiter voranzutreiben, um erfahren zu können, was alles mit halbleitenden Materialien realisiert werden kann. Relativ wenig ist bisher über die Funktionsvielfalt von Halbleitern mit großer Bandlücke und deren Bedeutung als Werkstoff für Leuchtmittel bekannt. Deshalb wird in dieser Arbeit Aluminiumnitrid verwendet. Aluminiumnitrid ist der Halbleiter mit der bisher größten bekannten Bandlücke von 6,2 eV und kann für entsprechende Anwendungen sowohl als Halbleiter als auch als Isolator betrachtet werden. Terbium ist ein Element aus der Reihe der Lanthanoide, das die Eigenschaft besitzt unter Anregung von Energie auf Grund einer nach außen abgeschirmten, nur teilweise besetzten Elektronenschale im grünen Spektralbereich Licht zu emittieren. In dieser Arbeit wurden Schichten aus Aluminiumnitrid mit einer circa einprozentigen Atomkonzentration von Terbium auf Glas- und Si-Substrat durch reaktives Magnetronsputtern vom Al-Target in einer reinen Stickstoff-Atmosphäre hergestellt und mit Hilfe von Röntgenbeugung, Energiedispersive Röntgenbeugung, Rasterkraftmikroskopie, Beugung hochenergetischer Elektronen bei Refexion, Elektronenabsorptionsspektroskopie, Röntgenrefektometrie und Kathodolumineszenz untersucht werden, um diese Werkstoffkombination besser kennenzulernen und zu verstehen. Dabei konnte gezeigt werden, dass es sich meist um nanokristalline Schichten handelt. So konnte weiterhin gezeigt werden, dass auf Glas die Biasspannung wenig Einfluss auf die Kristallinität der Schicht hat. Auf Si nimmt diese jedoch mit steigender Biasspannung ab.



Abendroth, Florian;
Schwingfestigkeitsuntersuchung faserverstärkter Kunststoffe und Korrelation zur Schallemissionsanalyse. - 250 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2016

Für eine effektive Auslegung und Überwachung von Faser-Kunststoff-Verbundbauteilen im Antriebs- und Fahrwerksbereich von PKW und NKW werden exakte Informationen über das Schädigungsverhalten von Faser-Kunststoff-Verbunden (FKV) benötigt. Für diese Untersuchung wird in der vorliegenden Arbeit die Schallemissionsanalyse (SEA) bei quasistatischer und zyklischer Belastung von Glasfaserverstärkten Kunststoffen (GFK) eingesetzt. Die SEA beruht auf der Aufnahme und Analyse von Schallemissionen (AE), die aufgrund von Veränderungen und Schädigungen innerhalb von Werkstoffen entstehen. Anhand der AE-Signale kann auf Schädigungsart und Ort geschlossen werden. Um die Aussagekraft dieses Verfahrens zu evaluieren, werden die Ergebnisse mit zerstörungsfreien Werkstoffprüfverfahren (optische und thermographische Bildaufnahme) sowie Bruchflächenanalysen mittels Lichtmikroskop und Rasterelektronenmikroskop (REM) korreliert. Die zu untersuchenden FKV sind unidirektional endlosfaserverstärkte GFK- Probekörper mit Epoxidmatrix sowie kurz- und langfaserverstärkte Probekörper mit einer thermoplastischen PA66- Matrix. Die Untersuchungen haben gezeigt, dass durch die SEA eine Bewertung der auftretenden Schädigungsarten möglich ist. Die Korrelationen zur optisch erkennbaren Schädigung und Thermographie liefern sehr gute Übereinstimmungen. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass die SEA eine Früherkennung auftretender Schädigungen aufgrund der höheren Empfindlichkeit gegenüber den optischen und thermographischen Systemen ermöglicht. Die angezeigten Schädigungsarten konnten mit Hilfe der angefertigten Bruchflächenanalysen bestätigt werden. Durch Lebensdaueruntersuchungen unter zyklischer Belastung konnte gezeigt werden, dass die Lebensdauer der GFK- Verbunde temperaturabhängig ist. Eine Frequenzabhängigkeit der Lebensdauer zeigte sich nicht. Des Weiteren konnte die in der Literatur beschriebene Möglichkeit zur Bestimmung der Dauerfestigkeit Dauerfestigkeit von GFK- Verbunden anhand charakteristischer AE-Schwellen infolge der durchgeführten Versuche nicht bestätigt werden. Ebenso zeigte sich, dass eine Korrelation zwischen auftretenden AE-Signalen und optisch ermittelter Dehnung keine exakten Übereinstimmungen ergeben. Zusätzlich wurden Schallgeschwindigkeitsmessungen an den GFK- Verbunden durchgeführt. Als Ergebnis kann festgestellt werden, dass diese für Metalle und Keramiken bereits etablierte Methode der zerstörungsfreien E-Modulbestimmung durch Ultraschall aufgrund deutlicher Abweichungen für FKV nicht zweckmäßig ist. Durch die Bruchflächenanalysen konnten Unterschiede zwischen statisch und zyklisch belasteten kurzfaserverstärkten (SFT)- und langfaserverstärkten (LFT)- Probekörpern ermittelt werden. Für eine exakte Unterscheidung sind allerdings weiterführende Untersuchungen notwendig.



Platz, David;
Aufbau und Charakterisierung von thermoelektrischen Modulen auf der Basis von Mg- und Mn-Silizid. - 76 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2016

Thermoelektrische Module (TEM) aus n- und p-dotierten Halbleitermaterialien können als Folge einer Temperaturdifferenz direkt elektrische Energie erzeugen und stellen eine vielversprechende Technologie zur Energierückgewinnung aus Abwärme dar. In diesem Zusammenhang zeichnen sich Silizide durch ihre geringen Kosten, die hohe Verfügbarkeit sowie ihre Umweltverträglichkeit aus, sodass sie ein hohes Potential für die Verwendung in TEM bieten. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem experimentellen Aufbau und der Leistungscharakterisierung von TEM auf der Basis von n-Mg2Si0,4Sn0,6 und p-MnSi1,81. Zur Herstellung der Proben wurden pulvermetallurgische Verfahren unter Ar-Atmosphäre angewendet. Die Synthese und Kompaktierung der Proben erfolgte im Spark Plasma Sinterverfahren (SPS). Um die thermoelektrischen Eigenschaften (elektrische Leitfähigkeit , Seebeck-Koeffizient S und Wärmeleitfähigkeit ) zu optimieren und die Effizienz der Energiewandlung zu erhöhen, wurden die Silizide dotiert. Das Multidrahtsägen konnte erfolgreich zur Produktion von thermoelektrischen Schenkeln eingesetzt werden. Eine Herausforderung bei der Konstruktion eines TEM stellte hingegen die Wahl eines geeigneten Lötmaterials dar, welches die hohe elektrische Leitfähigkeit aufrechterhalten soll und keine Reaktionen mit dem thermoelektrischen Material hervorrufen darf. Daher wurden unterschiedliche metallische Folien als mechanisch und thermisch stabile Diffusionsbarrieren eingesetzt. Die Untersuchung der Reaktionsschichten erfolgte mittels REM- und EDX-Analyse. Charakterisiert wurden die TEM an einem am Fraunhofer IFAM Dresden entwickelten Prüfstand unter statischen Temperaturbedingungen. Einen der wesentlichen Aspekte dieser Arbeit stellte die Senkung des Innenwiderstandes Ri durch eine geeignete Kombination von Silizid, Diffusionsbarriere und Lötmaterial dar. Die generierte elektrische Leistung eines Moduls wurde abschließend aus der Messung von U-I-Kennlinien bestimmt.



Spreemann, Dominic;
Charakterisierung von Hochleistungs-Impuls Magnetronsputterprozessen im Labor- und Industriemaßstab. - 128 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2016

Um Beschichtungs-Prozesse im Bereich der Plasmatechnik aus der Forschung in die Industrie zu übertragen, müssen wichtige Stellgrößen gefunden werden, um vergleichbare Plasmazusammensetzungen in der Industrie zu erhalten. Diese Zusammensetzung bestimmt die Schichteigenschaften und wird durch eine Vielzahl von Parametern bestimmt. In dieser Arbeit wurde der Einfluss von veränderter ON-Zeit, Frequenz und Ladespannung auf die Elektronentemperatur, Plasmadichte, Spitzenstromdichte und die Intensität innerhalb von Hochleistungs-Impuls Magnetronsputter-Prozessen untersucht und dargestellt. Zur Bestimmung wurden eine Langmuir-Sonde und die Optische Emissionsspektroskopie genutzt. Die Intensitäten wurden zeitaufgelöst und zeitgemittelt bestimmt. Zudem wurde das Ionen/Neutralteilchen-Verhältnis an der Substratoberfläche für ausgewählte Parameter untersucht und als Basis für einen ersten Versuch der Prozessübertragung von einer Forschungs- und Entwicklungskathode (45,6 cm^2) auf eine Industriekathode (315 cm^2) genutzt. Als alternative Ausgangsbasis diente die Stromdichte. An einem Kupfer- und einem Aluminium-Target konnte gezeigt werden, dass Spitzenstromdichte, Plasmadichte und Intensität mit der Ladespannung stiegen und die Elektronentemperatur sank. Auch die Erhöhung der ON-Zeit führte zu tendenziell höheren Spitzenstromdichten, Plasmadichten und Intensitäten, wobei die Spitzenstromdichte hier gegen ein Maximum lief. Plasmadichte und Intensität zeigten eine direkte Abhängigkeit vom Strom und verhielten sich ähnlich. Für Spitzenstromdichte und Intensität konnte zudem eine Frequenzunabhängigkeit nachgewiesen werden. Nur angeregtes Aluminium wich von diesem Verhalten ab. Die Übertragung führte zu vielversprechenden Ergebnissen. Es zeigte sich, dass die Spitzenstromdichte nicht zu vergleichbaren Ergebnissen führt, während die Wahl des Verhältnisses gute Übereinstimmungen bei Plasmadichte und Intensität liefert. Hierbei zeigte sich zudem, dass der Spitzenstrom und nicht die Spitzenstromdichte eine wesentliche Stellgröße für eine Übertragung sein könnte.



Elías Ilosvay, Ixchen Édua;
Herstellung photonischer Strukturen mittels Nanoimprint-Lithographie. - 85 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2016

Seitdem im Jahre 1991 die ersten photonischen Strukturen künstlich hergestellt wurden, hat sich die Forschung in diesem Bereich stark entwickelt. Mittlerweile existieren zahlreiche Methoden, um derartige Strukturen herzustellen, allerdings sind der ökologische und finanzielle Aspekt immer noch nicht zufriedenstellend gelöst. Aus diesem Grund ist die Suche nach preisgünstigeren, schnelleren und umweltschonenden Methoden zur Herstellung photonischer Strukturen von großem Interesse. Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Nanoimprint-Lithographie als eine Herstellungsvariante für photonische Strukturen herangezogen. Dazu wurden insgesamt 15 Proben unterschiedlicher Materialien und Geometrien gefertigt. Si und Quarzglassubstrate wurden mit diesem lithographischen Verfahren und verschiedenen Ätzverfahren mit Säulen, Löchern und Pyramiden strukturiert. Nach jedem Prozessschritt wurden die Strukturen mit dem Rasterelektronenmikroskop überprüft. Schließlich wurden bei den gefertigten Proben mittels UV-Vis-Spektroskopie und winkelaufgelöster Streulichtmessung Transmissions-, Reflexions- und Streulichtmessungen zur Untersuchung ihrer optischen Eigenschaften durchgeführt. Der Einfluss der Ätzzeit auf die Geometrie der Strukturen konnte durch REM-Untersuchungen gezeigt werden. Je länger die Proben geätzt wurden, desto tiefer und breiter waren die Strukturen. Mit Hilfe der UV- und Vis-Spektroskopie konnten verschiedene Zusammenhänge zwischen Ätzzeit und optischen Eigenschaften festgestellt werden. Zum einen hat sich die UV-Absorptionskante der Quarzglas-Proben mit zunehmender Tiefe der Strukturen zu längeren Wellenlängen verschoben. Zum anderen konnte durch die verlängerte Ätzzeit der gesamte Reflexionsanteil der Silizium-Proben verringert werden. Hinzu kommt, dass die Silizium-Proben durch die verschiedenen Ätzzeiten unterschiedliche Wellenlängen absorbiert bzw. reflektiert haben. Die Nanostrukturierung der Proben wurde schließlich mit Hilfe der winkelaufgelösten Streulichtmessung nachgewiesen und ihre Periode bestimmt werden. Die durch Streulichtmessung berechneten Perioden unterschieden sich wenig von den durch REM bestimmten Perioden. Trotz der aufgetretenen Schwierigkeiten bei der Herstellung der photonischen Strukturen kann nach der Analyse der Ergebnisse behaupten werden, dass das Verfahren aus vielerlei Hinsicht vorteilhaft ist. Die Ergebnisse der Untersuchungen ergaben, dass die Nanoimprint-Lithographie sowohl aus finanzieller als auch aus ökologischer Sicht eine gute Alternative zu anderen herkömmlichen Methoden bietet. Durch die in der Arbeit analysierten Verfahren könnten photonische Strukturen schneller und einfacher hergestellt werden, was in der Industrie künftig einen großen Vorteil bedeuten würde.



Friedrich, Fabian;
Auflösungsgrenzen in der Nano-Computertomographie. - 100 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2016

An der TU Ilmenau werden Röntgenaufnahmen mit einer Mikro-CT-Anlage zur Materialprüfung durchgeführt. Das Ziel dieser Arbeit ist es, einen Prüfkörper zur Ermittlung der Auflösungsgrenze dieser Anlage zu entwickeln. In der Norm DIN EN 16016-3 wird die Ermittlung der räumlichen Auflösung von CT-Systemen mit Hilfe der Modulationsübertragungsfunktion beschrieben. Bei dieser Methode handelt es sich um eine indirekte und relativ aufwendige Bestimmung der Auflösung. Dahingegen bietet ein Prüfkörper die Möglichkeit, die Auflösung direkt und visuell zu bestimmen. Die Grundlage für die Entwicklung des Prüfkörpers bilden die beiden in der Norm DIN EN ISO 19232 beschriebenen Draht-Bildgüteprüfkörper. Diese Prüfkörper werden verwendet, um die Ortsauflösung und die Kontrastauflösung von Durchstrahlungsaufnahmen zu bestimmen. Die Ortsauflösung beschreibt die Fähigkeit, zwei nahe beieinander liegende Details getrennt voneinander darzustellen. Bei der Kontrastauflösung handelt es sich um den Grauwertunterschied zwischen einem Detail und dessen Hintergrund. Um mit dem entwickelten Prüfkörper die Auflösung der CT-Anlage dreidimensional zu bestimmen, werden zwei Chips entworfen, die senkrecht zueinander angeordnet sind. Dadurch können sowohl die Flächenauflösung als auch die axiale Auflösung ermittelt werden. Die beiden Chips weisen Linienstrukturen auf, die T-förmig angeordnet sind. Dies ermöglicht die Bestimmung der vertikalen und der horizontalen Auflösung. Die Größe der Linienbreiten und der Linienabstände liegt zwischen 1 m und 20 (my)m. Erste Tests ergeben eine Auflösungsgrenze von etwa 10 (my)m. In dieser Arbeit werden des Weiteren die Parameter beschrieben, welche die Bildqualität einer CT-Aufnahme beeinflussen. Eine wichtige Rolle für die zu erreichende Auflösung spielt die Anode der Röntgenröhre. Daher gibt es beispielsweise mit der Flüssigmetallanode vielversprechende Entwicklungen zur Modifizierung der Anode. In dieser Arbeit werden die Grundlagen für die Entwicklung einer Mehrelementanode beschrieben, die durch die Anregung verschiedener charakteristischer Linien zu einer Kontrastverbesserung beitragen soll.



Siller, Valerie;
Fabrication of hierarchical titanium dioxide nanostructures for the storage and conversion of energy. - 69 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2016

Titandioxid (TiO2) ist bekannt für seine geringen Kosten und ausgezeichneten Fähigkeiten in der Energieumwandlung sowie -speicherung. Es findet Anwendung in der Photokatalyse, unter anderem zur Reduktion von Carbondioxid (CO2) und dessen Umwandlung in alternative Brennstoffe, als auch in der Abwasserbehandlung, in der photo- und elektrokatalytischen Wasserspaltung und als Anode in der Lithium-Ionen Batterie. Weiterhin führt die photoinduzierte Wärmeentwicklung in TiO2 zu dessen Einsatz in der photothermischen Krebstherapy. Für eine erhöhte Lichtabsorption wurden Siliziumnadeln mit einem maximalen Aspektverhältnis von 22 an der Oberfläche eines Siliziumwafers erzeugt. Anschließend kam es zur Beschichtung mittels zwei veschiedener Haupttypen von hierarchischen Titandioxid Nano-strukturen. Aus der Aufdampfung von Titan mittels Elektronenstrahlverdampfer und einer darauf folgenden Oxidation der Schicht resultiert Typ A1. Typ B1 besteht aus bei 600˚C gesputterten TiO2 Schichten und wurde teils in einer Wasserstoffgas-Atmsophäre zu Typ B2 hydriert. Mittels Röntgendiffraktometrie konnte Rutil als bevorzugt ausgebildete Kristallphase detektiert werden, sowohl für Typ A1 bei einer Oxidationstemperatur zwischen 400-500˚C als auch für Typ B1. Der Anteil von Anatas in B1 ist bereits höher und kann mit einer zusätzlichen Bias-Spannung von 100-200V am Substrat nochmals vergrößert werden. Im UV-Vis-NIR Bereich des Lichtspektrums ergab Typ A1 mit 400 nm Dicke auf langen Nadeln die beste Strahlenabsorption, gefolgt von einer 1000 nm dicken Schicht des Typs B2 auf mittellangen Nadeln (Aspektverhältnis von 9). Photoinduzierte Wärmeentwicklung konnte unter ähnlichen Lichtwellenlängen detektiert werden mit dem höchsten Temperaturanstieg pro Zeiteinheit für den Typ B2 im Vergleich zu B1. Somit scheint die Lichtabsorption von der Schichtdicke in Kombination mit der Hydrierung von TiO2 Beschichtungen abhängig zu sein. Elektrochemische Untersuchungen wurden anhand 1000 nm dicker Schichten des Typs B1 und B2 auf langen Nadeln (Aspektverhältnis 22) durchgeführt. Für die Anwendung in der Elektrokatalyse zur Entwicklung von Wasserstoffgas lieferte H-TiO2 die besten Ergebnisse. Jedoch als Anode in der Lithium-Ionen Batterie scheint reines TiO2 besser geeignet zu sein, da es höhere spezifische Kapazitäten bei Lade- und Entladeprozessen sowie eine bessere Aufrechterhaltung der Kapazität über mehrere Zyklen zeigte.



Panusch, Felix;
Anwendbarkeit von Konzepten der zerstörungsfreien Prüfung zur Bestimmung der Qualität einer Schweißnaht am Beispiel eines Automobilzulieferbetriebes. - 54 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2016

Die vorliegende Abschlussarbeit beschäftigt sich mit der potentiellen Verbesserung der Prüfung von Schweißnähten durch Konzepte zur zerstörungsfreien Prüfung. Ziel dieser Bachelorarbeit war es alternative zerstörungsfreie Prüfverfahren zu finden und zu analysieren, welche für spezifische im Automobilzulieferbereich verwendete Schweißnähte Anwendung finden könnten. Für die Auswahl der betrachteten Verfahren wurde neben der Literaturrecherche auch auf die Erfahrungen von Instituten, welche sich auf Schweißtechnik und zerstörungsfreie Prüfverfahren spezialisiert haben und diversen Prüfmittelherstellern zurückgegriffen. Nach der Auswahl der möglichen Verfahren wurden diese praktisch an typischen Schweißprozesserzeugnissen aus der Automobilindustrie erprobt. Die aus diesen Versuchen gewonnen Daten wurden für die Selektion der fähigsten auf die Anwendungsfälle bezogenen Verfahren verwendet. Zur relativen Bewertung der zerstörungsfreien Prüfungen wurden diese anhand von technischen und wirtschaftlichen Gesichtpunkten mit derzeit in der Industrie als Standard verwendeten Verfahren verglichen. Als Abschluss dieser Bachelorthesis, wurden Möglichkeiten aufgezeigt, welche die Prozess- und Produktqualität aussagekräfig wiedergeben.



Kasch, Sebastian;
Herstellung von MAX Phasen aus dem Dreistoffsystem Ti-Al-C basierend auf dem Ansatz von Materialbibliotheken. - 96 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2016

MAX Phasen sind eine relativ junge Materialgruppe und zeigen herausragende elektrische und mechanische Eigenschaften sowie eine starke Widerstandsfähigkeit gegenüber hohen Temperaturen und aggressiven Umgebungen. Sie vereinen somit als Funktionskeramik viele vorteilhafte Eigenschaften von Metallen und Keramiken. Dieses einzigartige Eigenschaftsprofil eröffnet interessante Anwendungsgebiete auch im Bereich dünner Schichten, wie beispielswiese als elektrische Kontakte, Korrosionsschutzschichten und tribologische Anwendungen bei hohen Temperaturen. Diese Arbeit beschreibt die Herstellung der MAX Phasen Ti2AlC und Ti3AlC2 als Dünnschicht. Als Ausgangspunkt dient dabei die Untersuchung des Dreistoffsystems Titan-Aluminium-Kohlenstoff mit kombinatorischen Dünnschichtverfahren. Dabei wird in einem Beschichtungsexperiment eine Vielzahl von Zusammensetzungen auf einem Wafer erzeugt. Die Multilayer-Stapel, aus reinem Titan, Aluminium und Kohlenstoff, wurden bei Raumtemperatur zyklisch mittels DC Magnetron-Sputtern aus den drei elementaren Targets abgeschieden. Die kombinatorischen Materialbibliotheken wurde dabei durch keilförmige Elementschichten als Teil des Schichtsystems erzeugt. Als Substrat dienten 4" Silizium-{100}-Wafer mit einer Diffusionsbarriere entweder aus 50 nm SiO2 oder Si3N4. Zur Aktivierung der Festphasenreaktion der Komponenten zu den MAX Phasen Ti2AlC und Ti3AlC2 wurden Temperaturbehandlungen bei 700-1050 ˚C über 20 s durchgeführt. Die Zusammensetzung und Phasenbildung wurde mittels energiedispersiver Röntgenspektroskopie und Röntgendiffraktometrie unter streifendem Einfall analysiert. Dabei wurde sowohl die Bildung von polykristallinem Ti2AlC, Ti3AlC2 als auch koexistierendem Ti3Al festgestellt. Härtemessungen mittels Nanoindentor, mit Vickerspyramide und einer Maximalkraft von 1 mN, ergaben eine Martenshärte von 11-12 GPa. Elektrische Messungen mittels linearer Van der Pauw-Methode ergaben für 950 ˚C getemperte Proben mit vorwiegend Ti2AlC einen spezifischen elektrischen Widerstand von 3,3 3,5&hahog;10^-7 [Omega]m. Proben mit vorwiegend Ti3AlC2 wiesen einen etwas höheren Widerstand von 5,7&hahog;10^-7 [Omega]m auf.



Reichardt, Anne;
Einfluss verschiedener Legierungselemente und Wärmebehandlungen auf Gefüge und Eigenschaften sekundärer AlSi-Gusslegierungen. - 162 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2016

Im Rahmen der vorliegenden Masterarbeit wird der Einfluss von Fe, Mn, Mo, Cr, Co, Cu, Mg, Ni, Zn, Ti, Zr und Sr auf das Gefüge einer sekundären AlSi-Gusslegierung im Gusszustand untersucht. Dabei werden die unterschiedlichen Abkühlgeschwindigkeiten berücksichtigt, die sich innerhalb der Legierungsabgüsse im Fließkanal einer Gießspiral-Kokille ergeben. Neben thermodynamischen Werkstoffsimulationen mittels JMatPro® werden Härtemessungen sowie Licht- und Rasterelektronenmikroskopie mit EDX durchgeführt. Eine Steigerung des Fe-Gehalts führt aufgrund des erhöhten Anteils an α-Al15(Fe,Mn)3Si2 Phasen zu einem Härteanstieg. Die Morphologie dieser Phasen wird zudem plattenförmiger. Durch Zugabe an Mn, Cr, Co wird der Phasenanteil von α-Al15(Fe,Mn)3Si2 ebenfalls erhöht, wobei Cr und Co in diese Phasen mit eingebaut werden. Ein zunehmender Cr-Gehalt führt zudem zur Anhäufung primärer, polygonaler Phasen. Mo besitzt einen einformenden Effekt auf Fe-haltige Phasen durch Bildung einer AlFeMoSi Phase, die Mn enthält. Ni-Zugabe bewirkt die Erstarrung einer neuen AlCuNi-Phase. Zn besitzt keinen Einfluss auf intermetallische Phasen, da es hauptsächlich im Al-Mischkristall gelöst ist. Mit zunehmendem Cu- bzw. Mg-Gehalt steigt der Anteil der - und Q-Phase bzw. der π-Phase. Des Weiteren erhöhen sich deren Konzentration im Al-Mischkristall und die Härte. Beide Elemente weisen eine Konzentrationsseigerung zum Rand des Al-Dendriten auf. Durch Erhöhung des Zr- bzw. Ti-Gehalts steigt ebenfalls die Zr- bzw. Ti-Konzentration im Al. Im Gegensatz zu Cu und Mg ergibt sich eine Seigerung zum Kern des Al-Dendriten. Zr erstarrt zudem als Al3(Zr,Ti)-Phasen. Die Zugabe von Sr veredelt das Al/Si-Eutektikum. Ist kein Sr in der Legierung vorhanden, wird die Morphologie des Eutektikums allein durch die Abkühlgeschwindigkeit bestimmt. Zudem ergeben hohe Abkühlgeschwindigkeiten kleinere intermetallische Phasen. Basierend auf den Erkenntnissen wurden simulative Wärmebehandlungen mit JMatPro® durchgeführt, bei denen sich zeigte, dass eine AlSi10Fe0,5Cu2,4Mg0,3-Legierung gute Festigkeiten aufweisen bei moderaten Warmauslagerungszeiten und temperaturen.



Linß, Felix;
Analytische Untersuchungen verschiedener MOX-Sensoroberflächen. - 117 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2016

Ziel dieser Arbeit war es die Oberflächenvergrößerung verschiedener Black-Silicon-Strukturen gegenüber planen Silizium zu bestimmen. Black-Silicon hat gegenüber planen Siliziumoberflächen eine wesentlich größere Oberfläche. Zur Herstellung geeignet sind Verfahren nach dem DRIE- und ICP-Prinzip. Black-Silicon-Strukturen zeigen sich als Nadeln mit kegelförmiger Geometrie. In Abhängigkeit des Herstellungsverfahrens ändert sich die Nadelstruktur sowie deren Verteilung und Größe. Die daraus resultierende Oberflächenvergrößerung ist proportional zur Veränderung dieser Werte. Untersucht wurden vier verschiedene Herstellungsprozesse, zwei ICP- und zwei DRIE-Prozesse. Bis zu 450% der Oberfläche eines planen Silizium-Wafers kann die Oberfläche einer Black-Silicon-Struktur betragen. Nach einem Oxidierungsschritt kann diese auf bis zu 500% steigen. Diese Vergrößerung wird durch einen ICP-Prozess mit anschließender Argon-Behandlung erzielt. Nach der Oxidierung liegen DRIE-Prozesse im Optimalfall bei circa 250%. Für den Einsatz von Black-Silicon als Substratmaterial bedeutet eine größere Oberfläche eine Steigerung der Effektivität und Sensitivität. Für die Ermittlung der Oberflächenvergrößerung bietet sich eine Kombination aus REM- und FIB-Aufnahmen an. Aus den REM-Aufnahmen ließen sich die Nadelbedeckung und die Nadeldichte gewinnen. Mithilfe der FIB-Aufnahmen im Querschnitt wurden die geometrischen Abmessungen der kegelförmigen Nadeln bestimmt. Durch die Kombination der REM- und der FIB-Aufnahmen konnte die Oberflächenvergrößerung von Black-Silicon gegenüber planen Silizium bestimmt werden.



Böttcher, René;
Werkstoffwissenschaftliche Untersuchungen an Kompakt- und Schichtmaterialien mit dem GD-OES-Verfahren. - 117 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2016

Die optische Glimmentladungsspektroskopie zählt zu den Oberflächenanalyseverfahren und ermöglicht die Untersuchung von leitfähigen, wie auch isolierenden Materialien. Sie erlaubt es, hochauflösende Tiefenprofile zu erstellen, welche Aufschluss über die Elementverteilung in Randschichtbereichen und in komplizierten Schichtsystemen geben. Trotz seiner schlechten lateralen Auflösung aufgrund größer Anodendurchmesser (2 - 8 mm) besitzt das Verfahren großes Potential beim Einsatz in der Charakterisierung und Entwicklung von Schichtmaterialien, z.B. in der Sensortechnologie. Im Rahmen dieser Masterarbeit wird eine Multielementemessmethode für isolierende Sensorschichten auf Silicium entwickelt. Die Problematik der Kalibrierprobenauswahl und der Methodenkalibrierung wird eingehend vorgestellt und beschrieben. Das Verfahren kommt herkömmlicher Weise bei der Analyse von ebenen Schichten zum Einsatz. Es wurden daher unterschiedliche Schichtmaterialien (TiO2, SnO2, In2O3, WO3) im Dickenbereich von 25 nm - 800 nm untersucht. Dadurch ist eine Beurteilung und Optimierung des Herstellungsprozesses dieser möglich. Das Verfahren liefert Aussagen, welche mit weiteren angewendeten Messverfahren (EDX, RFA, XRD) nicht möglich sind. Die Schichtstöchiometrie kann auch beim Einsatz von SiO2-Sperrschichten ermittelt und damit eine Prozesskontrolle realisiert werden. Weiterhin ist der Prozess der Kristallisation und Annahme der stöchiometrischen Zusammensetzung, beispielsweise bei der thermischen Nachbehandlung von WO3-Schichten bei 460˚C, beobachtbar. Schlussfolgerung dessen ist, dass die Prozessdauer schichtdickenabhängig anzupassen ist, um eine vollständige Umwandlung zu erzielen. Des Weiteren können, bei der Schichtherstellung mit Hilfe von Sputtertargets, Abweichungen von der Stöchiometrie durch Verlust von Sauerstoff während der Deposition auftreten und mit dem GD-OES-Verfahren nachgewiesen werden. Der weitreichende Einfluss von Adsorbaten auf die Analyse ist in den Tiefenprofilen erkennbar. Somit eröffnet sich hier eine neue Möglichkeit, den Anlagerungsprozess von Brandgasen an Sensorschichten zu bewerten und Optimierungen der Schichten vorzunehmen. Erstmalig wurde die Eignung der Tiefenprofilanalyse mittels GD-OES auch für strukturierte Substrate mit Beschichtung nachgewiesen. Es ist eine Bestimmung der Schichtstöchiometrie realisierbar. Der Abtragsprozess durch das Plasma wurde für Black Silicon sowie Schichten auf Black Silicon beschrieben. Der Einfluss der Abtragscharakteristik auf den Verlauf des Tiefenprofils geht daraus hervor. Aus den Untersuchungen ergeben sich neue, interessante Fragestellungen für die Anwendung des Verfahrens im Bereich strukturierter Oberflächen.



Franz, Anna;
Komplexuntersuchungen an Metalloxidschichten für die Sensorik. - 96 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2016

Das Ziel dieser Abschlussarbeit waren analytische Komplexuntersuchungen an Metalloxidschichten für die Gassensorik. Auf die polykristallinen Silicium- bzw. Black Silicon-Substrate mit oder ohne Sperrschicht SiO2 wurde das jeweilige Metalloxid (WO3, SnO2) mittels Magnetronsputtern in Sauerstoffatmosphäre aufgetragen. Die Schichtdicken reichten hierbei von 25 bis 800 nm. War nach dem Sputtern nicht genügend Sauerstoff in der Schicht gebunden, wurden die Proben unter schneller thermischer Behandlung in Sauerstoffatmosphäre hohen Temperaturen (400 ˚C, 460 ˚C, 600 ˚C, 1000 ˚C) für 2 bis 20 Minuten ausgesetzt. Hiernach war die gewünschte Stöchiometrie von WO3 (triklin) und SnO2 (tetragonal) vorhanden. Die Proben wurden sowohl nach dem Sputtern als auch nach dem Tempern mittels Röntgendiffraktometrie, Rasterelektronenmikroskopie und Focused Ion Beam (Cross-Sections) auf ihre Phasenzusammensetzung, Oberflächenbeschaffenheit, Kristallinität, Korngröße und Schichtdicke untersucht. Durch geeignete Testserien konnte das Tempern der WO3-Proben bei nur 460 ˚C und 20 Minuten erfolgen. Diese Temperatur liegt nahe der Betriebstemperatur für Gassensoren. Bei den SnO2-Proben konnte nach den richtigen Sputterparametern auf die Nachbehandlung mit Sauerstoff verzichtet werden. Bei allen Proben stellten sich die gewünschten Phasen ein. Die mittlere Korngröße wurde über die Scherrer-Gleichung berechnet und beträgt bei WO3 61,2 nm und bei SnO2 14,5 nm. Beide Materialien weisen homogene und fehlerfreie Schichten auf. An den Proben werden weiterführende Untersuchungen veranlasst, vor allem in Bezug auf die elektrischen Eigenschaften (Masterarbeit Tom Trautvetter) und die quantitative Tiefenprofilanalyse mit der Glimmentladungsspektroskopie (Masterarbeit René Böttcher). Die Herstellungsparameter der Versuche wurden so optimiert, dass auf eine zusätzliche Nachbehandlung mit Sauerstoff verzichtet (SnO2) bzw. die Temperaturen auf ein Minimum herabgesetzt (WO3) werden konnten. Ein kommerzieller Einsatz kann so kostengünstiger erreicht werden.



http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/857538101franz.txt
Selzam, Franziska;
Einfluss nanoskaliger Matrixadditive auf die mechanischen und thermischen Eigenschaften von Kompositmaterialien. - 82 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2016

Um den Einfluss nanoskaliger Matrixadditive auf die mechanischen und thermischen Eigenschaften von Kompositmaterialien zu bestimmen, wird Epoxidharz mit Nanopartikeln versehen. Als Experimentierpartikel wird Böhmit (AlO(OH)) verwendet. Neben der unmodifizierten Form kommt auch eine essigsäuremodifizierte Form des Böhmits zum Einsatz. Der Partikeleinfluss auf die matrixdominierten Eigenschaften des Faserverbundkunststoffs (FVK) wird mit Hilfe von parametrischen Reihenuntersuchungen an faserverstärkten und nicht-faserverstärkten Kompositmaterialien verifiziert. Die Fertigung der verwendeten Probekörper wird ebenfalls in dieser Arbeit beschrieben. Zur Bestimmung und Bewertung ausgewählter mechanischer und thermischer Eigenschaften werden folgende Untersuchungen durchgeführt: - Zugversuch; - Drei-Punkt-Biegeprüfung; - Risszähigkeitsprüfung und Energiefreisetzungsrate; - Iosipescu-Schubversuch; - Differential Scanning Calorimetry (DSC); - Thermogravimetrische Analyse (TGA). Die Auswertung der Ergebnisse zeigt, dass es durch die Zugabe der Nanopartikel zu einer signifikanten Beeinflussung der mechanischen und thermischen Kennwerte kommt.



http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/856998117selza.txt
Böhnke, Christopher;
Untersuchungen zur Leistungsfähigkeit des my-RFA-Systems ORBIS PC. - 57 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2016

Die Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA) spielt eine wichtige Rolle in der modernen Werkstoffanalyse. Diese Arbeit hat das Ziel, am Beispiel eines Gerätes zur MikroRöntgenfluoreszenzanalyse die Möglichkeiten und die Leistungsfähigkeit dieser Analysenmethode einschätzen und beurteilen zu können. Im ersten Teil werden die theoretischen Grundlagen besprochen. Es soll auf allgemeine Eigenschaften von Röntgenstrahlung eingegangen werden und der Aufbau eines RFA-Gerätes erläutert werden. Zudem sollen die Unterschiede zwischen herkömmlicher und Mikro-RFA dargestellt werden. Abschluss dieses Kapitels bildet eine Erklärung der Auswertemethoden des Fundamentalparameteransatzes sowie der Schichtdickenbestimmung. Im zweiten Teil werden unterschiedliche Einsatzmöglichkeiten vorgestellt, sowie deren Leistungsfähigkeit getestet. Hierzu zählen Elementanalyse, Verteilungsbilder sowie die Schichtdickenbestimmung. Auch die Konzeption eines verbesserten Probenhalters für das Gerät soll besprochen werden. Abschließend wird ein zusammenfassendes Bild der gewonnenen Erkenntnisse dargestellt und die Leistungsfähigkeit des Gerätes beurteilt. Schlagwörter: Röntgenfluoreszenzanalyse, Fundamentalparameteransatz, Verteilungsbilder, Schichtdickenbestimmung



Kunze, Ella;
Quantitative Riss- und Feuchtegradientanalyse im Fahrbahndeckenbeton mittels 3D-Computertomographie. - 97 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2015

In dieser Arbeit werden in-Situ Versuche vorgestellt, in denen Betonproben kapillarer Feuchtigkeitsaufnahme ausgesetzt wurden, um diese mittels Computertomographie zu messen und bildgebend auszuwerten. Ziel der Untersuchungen sind es unter anderem, die Mengen an Wasser und deren Konzentrationsverteilung in den Proben mit Hilfe der Computertomographie zu erfassen und zu analysieren. Weiterhin sollte die Eignung der Computertomographie für derartige Messungen untersucht werden. Die Versuchsreihen führten zu der Erkenntnis, dass es möglich ist, mit der Mikro-CT die Wassersäule in den Betonproben darzustellen und einen Feuchtegradienten zu ermitteln. Die Ergebnisse zeigen unter anderem, dass eine Korrelation zwischen der Menge an kapillar gesaugten Wasser und der Anzahl der Risse in der Betonmatrix besteht. Ferner wurden Werte, die mittels NMR-Messungen aufgenommen wurden, zum Vergleich herangezogen. Der Vergleich ist aufgrund von zu stark voneinander abweichenden Bedingungen nur in geringem Umfang. Des Weiteren werden die Messreihen dazu genutzt, die Möglichkeit zu validieren, mit Langzeitmessungen Daten aufzunehmen, die mit einem Rissanalysetool untersucht werden sollen. Hierbei wurden jedoch statt der Risse in der Zementmatrix die Bereiche um die Körnung erfasst. Zum Abschluss werden Möglichkeiten zur Optimierung des Versuchsaufbaus und -vorgangs vorgestellt.



http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/846476118kunze.txt
Krause, Razvan;
Ultrafast electron dynamics and circular dichroism in dependence of the stoichiometry of topological insulators by time- and angle-resolved photoemission spectroscopy. - 65 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2015

Topologische Isolatoren (TI) sind vielversprechende Materialien fur Spintronics, da sie spin-polarisierte metallische Zustände - den Dirac-Cone - bei Raumtemperatur zeigen, obwohl sie isolierend sind. Um ihre Bandstruktur zu untersuchen, ist winkelaufgelöste Photoemissionsspektroskopie (ARPES) eine passende und leistungsstarke Untersuchungsmethode. Die ternären Bismuthchalkogenide Bi2SexTe3-x mit x = 0, 0.2, 0.35, 2.5 und 3 wurden sowohl mit Gleichgewichts-ARPES, mit zeitaufgelöstem ARPES mit der Pump-Probe-Technik und einer temporalen Auflösung von 70 fs, als auch hinsichtlich zirkularem-Dichroismus analysiert. Eine MATLAB -Routine fur Messdatenauswertung und Spektralanalyse wurde entwickelt, die Zugriff auf den Imaginärteil der Selbstenergie erlaubt, welche im Zusammenhang mit Quasipartikel-Lebensdauern steht. Bandlucken, effektive Massen, Elektron-Phonon-Kopplungsbereich, und Elektron-Elektron-Kopplung als elektronische Eigenschaften des Massivmaterials hängen vom schichtweisen Austausch von Te durch Se ab. Der Dirac-Cone zeigt ein davon unabhängiges Verhalten. Hinweise auf zweite Oberflächenzustande wurden gefunden, obwohl diese nicht direkt sichtbar sind. Die oberen Zweige des Dirac-Cones in den Te-reichen Proben zeigen das gleiche DichroismusSignal während die unteren passend zu ihrer Spinpolarisation entgegengesetzte Vorzeichen aufweisen. Diese Asymmetrie fuhrt zu einem klaren dichroischen Signal und einer damit verknupften Spinpolarisation im Leitungsband mit langlebigen Zuständen. Mit der Möglichkeit der optischen Induktion sind sie dadurch interessant für opto-spintronische Anwendungen.



Theska, Felix;
Entnetzen dünner Au-Ni Doppelschichten: der Einfluss von Schichtdicke und Stapelfolge. - 59 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2015

Die Ergebnisse dieser Arbeit stützen sich auf zwei untersuchte Schwerpunkte, dem Solid-state Dewetting dünner bimetallischer Gold-Nickel Schichten und daraus resultierende Nanopartikel. Hinsichtlich des Solid-state Dewetting wurde der Einfluss der chemischen Zusammensetzung für 34 at-%, 60 at-% und 82 at-% Nickel untersucht. Abhängig von der Schichtreihenfolge wirken die Doppelschichten unterschiedlich stark stabil, sodass die Anordnung Goldschicht auf Nickelschicht auf Siliziumoxid-Substrat dem Entnetzen einen höheren Widerstand entgegenbringt als es für den Fall einer Nickelschicht auf Goldschicht der Fall ist. Die Stöchiometrie spielt ebenso eine Rolle hinsichtlich des Solid-state Dewetting-Prozess. Dünne Schichten unter einer dicken Deckschicht wirken dem Entnetzen entgegen, während dicke Schichten aus Gold oder Nickel dünne Schichten destabilisieren. Mithilfe Cross Section REM-Aufnahmen konnten facettierte Randbereiche an den entnetzten Regionen beobachtet und anhand der Röntgenbeugungsversuche eine {1 1 1} -Textur nachgewiesen werden. Bezüglich der untersuchten Nanopartikel war nicht zwischen der Schichtreihenfolge zu unterscheiden. Für 82 at-% Nickel wurden goldreiche Ausscheidungen auf der facettierten Partikeloberfläche beobachtet. Den Partikeln konnte mithilfe der XRD eine {1 1 1} -Textur nachgewiesen werden. Die untersuchten Nanopartikel mit 60 at-% Nickel wiesen nickelreiche Facetten in Folge der Entmischung auf, welche in das Partikelvolumen hineinreichten. Mittels Röntgenbeugung und REM-Aufnahmen konnte diesen neben einer {1 1 1} auch eine {1 0 0} -Orientierung zugeordnet werden. Für 34 at-% Nickel wiesen die Nanopartikel keine Entmischung oder Facettierung auf, sondern zeigten im Querschnitt eine mesoskopische Struktur.



Weber, Felix;
Untersuchungen zum Zwischenstufengefüge Bainit. - 56 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015

In der vorliegenden Arbeit wurden verschiedene Verfahren zur Identifikation des Zwischenstufengefüges Bainit in Stählen untersucht und bewertet. Als Bainit wird ein aus Ferrit und Zementit bestehendes Gefüge bezeichnet, das bei Umwandlungstemperaturen und Abkühlgeschwindigkeiten zwischen der Martensit- und Perlitbildung entsteht. Die Analyse erfolgte mittels Glimmentladungsspektroskopie, Härtemessung, Licht- und Rasterelektronenmikroskopie, Ultraschall, Röntgenbeugung und röntgenographischer Spannungsmessung. Es wurde eine Wärmebehandlung des Stahls 16MnCr5 durchgeführt und durch unterschiedliche Abkühlparameter verschiedene Gefüge eingestellt. Anhand der Härtemessung und der Spannungsmessung können Rückschlüsse auf die Abkühlgeschwindigkeit und damit auf die Gefügezusammensetzung getroffen werden. Durch die Bestimmung der Halbwertsbreite der Röntgenbeugungspeaks kann ein überwiegend martensitisches Gefüge ermittelt werden. Mittels licht- und elektronenmikroskopischen Untersuchungen ist eine Identifikation der bainitischen Gefügebereiche möglich. Die Untersuchung unbekannter Proben zeigt, dass ein Nachweis des Bainit nur über die Kombination mehrerer Anyalyseverfahren und bei Kenntnis der thermischen und mechanischen Behandlung des Werkstoffs zweifelsfrei möglich ist.



Hentschel, Martin;
Machbarkeitsanalyse und experimentelle Validierung von hybriden Sekundärstrukturen aus Sheet Moulding Compounds und integrierten Metallkomponenten für Luftfahrtanwendungen. - 76 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2015

Die vorliegende Masterarbeit soll im Rahmen einer Machbarkeitsanalyse die Integrationsmöglichkeiten von metallischen Krafteinleitungselementen in hybride Sheet Moulding Compound- (SMC) - Strukturen für Luftfahrtanwendungen untersuchen. Auf die Darstellung der Grundlagen, welche im Schwerpunkt die Eigenschaften und die Herstellung von SMC-Strukturen sowie den Stand der Technik in Bezug auf Krafteinleitungselemente für Faserverbundstrukturen darstellen, folgt die Konzeption eines repräsentativen Versuchsträgers und dessen Fertigungsprozesses. Dafür werden verschiedene Sekundärstrukturen diverser Airbus-Modelle als Referenz für die Versuchsträgergeometrie betrachtet. Nach der methodischen Bewertung der möglichen Integrationsvarianten von Inserts in den Versuchsträger werden die experimentellen Untersuchungen und die im Rahmen der Arbeit entwickelten Prüfverfahren erläutert und die Ergebnisse hieraus präsentiert. Untersucht wurden neben verschiedenen Inserts auch Scheiben für Bolzenverbindungen sowie textile Endlosfaserverstärkungen. Außerdem wurde das SMC-Halbzeug variiert. Als Resultat lässt sich festhalten, dass bei den SMC-Halbzeugen vor allem der Anteil der anorganischen Füllstoffe sowie die Schrumpfung und thermische Dehnung die Verankerungsfestigkeit maßgeblich beeinflussen. Bei den Inserts können vor allem die Außenkontur und die Oberflächenvorbehandlung die Verankerungsfestigkeit erhöhen. Die experimentell validierte Machbarkeitsanalyse zum hybriden SMC-Prozess offenbart außerdem das Potenzial, die Fertigungszeit und die Herstellungskosten für Sekundärstrukturen gegenüber den heute eingesetzten Verfahren, je nach Bauteil, über 50% senken zu können und zudem die Funktionsintegration zu erhöhen. Mit einem weiteren Versuchsträger in Form eines Bauteils und weiteren Tests ist die Zulassung des hybriden SMC-Prozesses als Fertigungsverfahren für Sekundärstrukturen im Luftfahrtbereich innerhalb der nächsten zwei Jahre möglich.



Peter, Willy;
Untersuchungen zum Nitrieren von Kurbelwellen. - 93 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015

Diese Arbeit ist in erster Linie eine Abhandlung über das Nitrieren und Nitrocarburieren von hochbeanspruchten Kurbelwellen. Es wurden verschiedene Versuchschargen an einem BMW-internen Gas-Nitrocarburierofen gefahren und ausgewertet, um möglichst zeichnungsgerechte Resultate einzustellen. Dabei erwies es sich als äußerst schwierig, den porösen Randbereich so gering zu halten, dass er im nachgeschalteten Fein-Schleifprozess restlos entfernt werden kann. Besonders kritisch waren dabei Porenzeilen bzw. -ketten anzusehen, welche teilweise in Tiefen vordringen, welche ca. 90 % der Gesamtverbindungsschichtdicke entsprechen. Die geforderte Mindestschichtdicke von 15 [my]m (nach dem Fein-Schleifen) in Kombination mit der eingestellten Behandlungstemperatur von 585 ˚C, der sehr kurzen Behandlungszeit von 220 min und der Vorgabe nach restloser Poren-Entfernung war durch die Einstellung der Begasung allein nicht zu gewährleisten. Des Weiteren wurde die Prozesssicherheit dieser Anlage hinsichtlich der Temperaturverteilungen und -abweichungen mit den daraus resultierenden Nitrierergebnissen dargestellt. Es zeigten sich trotz relativ geringer Temperaturabweichungen innerhalb der Heizkammer deutliche Schichtdicken-, Porenanteil- und Nitrierhärtetiefen-Unterschiede. Mit abnehmenden Begasungsmengen bzw. -raten verstärkten sich diese Unterschiede innerhalb einer Charge deutlich, sodass davon auszugehen ist, dass neben der Temperaturverteilung auch die Gasverteilung im Ofen relevanten Schwankungen unterliegen muss. Aufgrund der großen Verbindungsschichtdicken mit nicht unerheblichen Porenanteil lag die Überlegung nahe, die Kurbelwellen hinsichtlich Ihres Verschleißes im Betrieb zu untersuchen. Im Vordergrund stand die Frage, ob der Porensaum mitsamt tiefer liegenden Porenketten im Betrieb tatsächlich zu Ausbrüchen und somit zu Schäden und Folgeschäden führt. Dazu wurden Kurbelwellen des werkseigenen Motorenprüfstands nach ca. 22-stündigen Motorenaudits an den Lagerflächen der Haupt- und Hublager sowie der beiden Verzahnungen untersucht. Die Zahnflanken von Starterfreilauf- sowie Primärritzel zeigen nach dem Motorenaudit oberflächliche Abplatzungen und teilweise starke Glättungen der fertigungsbedingten Hohlriefen. An den Bereichen der stärksten Glättung kommt es zu den erwähnten Ausbrüchen, was auf starke partielle Belastungen schließen lässt. Diese Abplatzungen verlaufen dabei in ihrer Gesamtheit stets parallel zu den Hohnriefen. An den Lagerflächen kommt es dagegen zu einer Vielzahl von Verschleiß- und Schädigungsspuren. Es zeigten sich Spuren von Kavitationsschäden auf den Laufflächen, Sprödbrüche an den Fasen der Ölbohrungen sowie eine Vielzahl von Querrissen (senkrecht zur Laufrichtung). Die Sprödbrüche an den Ölbohrungen sind linsenförmig und ca. 100 - 200 [my]m lang. Zum Teil entstehen diese bereits beim Finishen bzw. Feinschleifen. Die Kavitationsschäden weisen nach dem Audit Längen bis zu 300 [my]m auf und finden sich vor allem an den dynamischer belasteten Hublagern. Das interessanteste Verschleißbild ist jedoch das Risswachstum senkrecht zur Laufrichtung der Lager. Diese Risse verlaufen stets parallel zueinander und sind über den kompletten Lagerumfang sowie dessen Breite vorzufinden. Sie weisen lediglich eine Länge von ca. 50 [my]m auf. Kritisch ist jedoch die große Anzahl der Risse und deren Verteilung über alle Lager und deren gesamte Fläche. Aufgrund der deutlichen Verschleißspuren der Verbindungsschichten und dem fertigungstechnisch hohen Aufwand des in der Serie betriebenen Gas-Nitrocarburierens wurde weiterhin das Plasmanitrieren als Alternative beleuchtet. Als Nachteile des Serienprozesses sind die hohen Begasungsmengen, der geringe Chargennutzraum sowie die vor- und nachgeschalteten Arbeitsschritte mit entsprechenden Anlagen und Betriebskosten anzusehen. Vor allem der große Durchsatz an Ammoniak von drei m 3 pro Stunde und Anlage zieht Umwelt- und Gesundheitsauflagen sowie erhöhte Kosten mit sich. Es wurden zwei Kurbelwellen und mehrere Proben bei der Firma Eltropuls im Plasma nitriert. Dabei lag das Hauptaugenmerk gegensätzlich zur Zeichnungsvorgabe auf sehr dünnen Verbindungsschichten von ca. 5 [my]m. Die Nitrierhärtetiefe sollte sich in etwa mittig der Toleranzen befinden und wurde auf 0,3 mm vereinbart. Um den Prozess wirtschaftlich interessant zu gestalten, wurde angestrebt, keine weitere Nachbehandlung nach dem Nitrieren durchzuführen. Das bedeutet den kompletten Entfall des Finishens. Da es zu diesem Zeitpunkt innerhalb der Fertigung keine Möglichkeit gab, die Lagerdurchmesser vor dem Nitrieren 8 - 10 [my]m (entspricht Finishabtrag) kleiner zu gestalten, wurde die Versuchskurbelwelle vor dem Nitrieren gefinisht. Somit wurde sichergestellt, dass die Lagerdurchmesser nicht oberhalb der Toleranzen liegen und somit die Lagerspiele zu klein ausfallen. Die Kurbelwelle wurde in einem ansonsten unveränderten K46 Serienmotor verbaut und einem 22-stündigen Auditlauf mit vorgeschaltetem sechs-stündigen Einlaufprogramm unterzogen. Der Prüfstandslauf verlief in jeder Hinsicht unauffällig. Leistung, Drehmoment, Akustik und Partikelbelastung im Motoröl waren mit der Serie vergleichbar. Des Weiteren ergab die Untersuchung der Kurbelwelle keine Anzeichen für Sprödbrüche oder Rissbildung. Bereits mit bloßem Auge war der Traganteil eines jeden Lagers sichtbar, da diese konstruktiv ballig ausgelegt sind. Dies ist durch den verstärkten Abrieb der Oxidschicht als Einlaufschicht zu erklären. Bei den Verzahnungen zeigte sich jedoch ein deutlicher Abfall der Nitrierhärtetiefe von 0,3 mm an der Zahnspitze auf 0,09 mm im Zahngrund. Das Plasma konnte also nicht im vollen Maße in den Spalt zweier Zähne eindringen. Allerdings war kein Verzug der Verzahnung messbar, sodass die nur schwache Randaufhärtung im Zahngrund offensichtlich ausreichend war. Schliffe in Längs- und Querrichtung verschiedener Lager zeigten keinerlei Verbindungsschichtausbrüche oder Abplatzungen. Die Oxidschicht wirkte teilweise sehr unregelmäßig abgetragen. Neben dem mechanischen Abrieb ist ein Herausreißen durch Kavitation denkbar. Unter dem Rasterelektronenmikroskop wird deutlich, dass sich stark beanspruchte Bereiche der Oxidschicht stark geglättet haben, bevor sie abgetragen wurden. Messungen der Lagerrauigkeiten bestätigten eine leichte Glättung der gelaufenen Kurbelwelle im Vergleich zur selben Kurbelwelle vor dem Audit.



Dömling, Ferdinand;
Herstellung und Untersuchung der Eigenschaften von MAX-ähnlichen ternären (Ti,Cr)-Al-(B,C) Nanolaminaten. - 109 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015

Ziel dieser Arbeit war die Herstellung und Untersuchung der Eigenschaften von MAXahnlichen (Ti,Cr)-Al-(B,C) Nanolaminaten. Die Mehrschichtsysteme aus den Einzelelementen wurden mittels Magnetronsputtern auf einem Si(111)-Substrat mit SiO2-Diffusionsbarriere abgeschieden. Anschließend erfolgte das Tempern mittels Rapid Thermal Processing bei jeweils 600 ˚C, 700 ˚C und 900 ˚C. Die Eigenschaften der Schichten wurden mittels energiedispersiver Röntgenspektroskopie, Augerelektronenspektroskopie und Röntgenphotoelektronenspektroskopie hinsichtlich ihrer Stöchiometrie, mittels Röntgendiffraktometrie hinsichtlich der qualitativen Phasenzusammensetzung und mittels Transmissionselektronenmikroskopie hinsichtlich der Feinstruktur untersucht. Zusätzlich wurden Härte und elektrische Leitfähigkeit der Schichten bestimmt. Für die ersten Proben wurde die Sputterrate fur Bor falsch berechnet. Hier wurden durch Kontamination eingebrachten Kohlenstoff (Cr,Ti)-Al-C MAX-Phasen synthetisiert. Im hochauflösenden Transmissionselektronenmikroskop zeigt sich typische Struktur der MAX-Phasen. Nach Neubestimmung der Sputterrate konnte exemplarisch mittels Röntgenphotoelektronenspektroskopie Bor in einer Probe nachgewiesen werden. Mittels Röntgendiffraktometrie wurde CrB2 in den Cr-Al-B Proben nachgewiesen. In den Ti-Al-B Proben konnte keine Borverbindung nachgewiesen werden. Der Nachweis eines neuen MAX-ähnlichen (Ti,Cr)-Al-B Nanolaminat wurde nicht erreicht. Soll bei zukünftigen Arbeiten eine Synthese bei noch höheren Temperaturen erprobt werden, muss man zunächst die Haftung der Schicht am Substrat verbessern. Des weiteren muss ein Eintrag von Kohlenstoff oder Stickstoff vermieden werden, um Fehlinterpretationen zu vermeiden.



Gerheim, Charlotte;
Werkstoffwissenschafltiche Untersuchungen zum mechanischen Verhalten (vorrangig Bruch) von speziellen Legierungen aus dem Maschinenbau. - 147 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2015

Im Rahmen dieser Masterarbeit wurde das Bruchverhalten an verschiedenen Proben untersucht. Zu diesen gehörten patentiert gezogene Federstahldrähte und Schraubendruckfedern aus patentiert gezogenem und ölschlussvergütetem Federstahldraht. Die Drähte wurden dabei durch Zug- und Torsionsversuche und die Schraubendruckfedern durch Dauerschwingversuche bis zum Bruch belastet. Mittels Stereomikroskopie und Rasterelektronenmikroskopie wurden die Brüche auf ihre Bruchmerkmale untersucht und die Bruchursachen festgestellt. Vereinzelt wurden Röntgenanalyse (Röntgendiffraktogramme aufgenommen in Bragg-Brentano-Anordnung, Texturanalyse mittels Polfiguren, Eigenspannungsanalyse) oder Metallographie begleitend herangezogen. Grundsätzlich stand bei den Untersuchungen eine Erklärung der Unterschiede in den Festigkeitseigenschaften und des Bruchverhalten in Abhängigkeit einer variierenden Wärmebehandlung oder Federstahldrahtsorte im Vordergrund. Des Weiteren sollten Schraubendruckfedergruppen, die sich in dem Zeitpunkt einer Wärmebehandlung nach dem Kaltumformen zur Feder unterschieden, auf eventuell vorhandene Mikrorisse untersucht werden. In Bezug auf die patentiert gezogenen Federstahldrahte konnten deutlich erkennbare Unterschiede in Abhängigkeit einer vorangestellten Wärmebehandlung erkannt werden. Dabei wiesen Proben, die eine 10 bis 30 minütige Wärmebehandlung bei 200˚ C erfuhren, die geringste Plastizität auf. Mit steigender Temperatur der Wärmebehandlung war allerdings wieder einer Zunahme dieser zu verzeichnen. Mit den verwendeten Untersuchungsmethoden konnten allerdings keine erklärenden Unterschiede zwischen den unterschiedlich wärmebehandelten Proben festgestellt werden. In Bezug auf die Schraubendruckfedern konnte der Längsfehlers (Ziehstruktur) am meisten beobachtetet werden. Ebenso waren zwischen den Brüchen der Schraubendruckfedern aus patentiert gezogenem und solchen aus ölschlussvergütetem Federstahldraht Unterschiede feststellbar. Nur in Bezug auf die Schraubendruckfedern aus patentiert gezogenen Federstahldrähten konnte allerdings ein deutlicher Bezug zur Wärmebehandlung festgestellt werden. Auf Grund von nicht auffindbaren Mikrorissen, konnte bei den Schraubendruckfedern kein Zusammenhang zwischen einem Auftreten von Mikrorissen und der Zeitspanne zwischen Kaltumformung und Wärmebehandlung beobachtet werden.



Ernst, Felix;
Tribologische Untersuchungen an einem neuartigen Multilayersystem basierend auf einer Ni-Ag-Sn-Schicht auf einem Cu-Grundmaterial. - 92 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015

In der Bachelorarbeit sind ein Standardzinnsystem und ein Multilayersystem hinsichtlich ihrer tribologischen und elektrischen Eigenschaften untersucht worden. Bei dem Standardzinnsystem handelte es sich um ein handelsübliches verzinntes Kupferband. Das Multilayersystem zeichnet sich durch seinen neuartigen Schichtaufbau auf. Auf dem Kupfergrundwerkstoff wurden neben einer Nickelschicht eine Silberschicht und abschließend eine Zinnschicht galvanisch abgeschieden. Die Nickelschicht fungiert dabei als Diffusions-Sperrschicht. Über einen Reow-Prozess ist anschließend eine intermetallische Phase zwischen Zinn und Silber eingestellt worden. Zum Durchrieb der Oberäche kommt es bei einer Normalkraft von 2 N erst nach ca. 200 Reibwegen. Die Zinnoberäche des Standardzinnsystems ist bereits nach ca. 65 Reibwegen nicht mehr intakt. So ist der Einuss verschiedener Belastungskollektive auf den Reibungskoefzienten deutlich geringer. Der Vorteil der harten Oberäche wird für die makrotribologischen Versuche hinsichtlich des elektrischen Widerstandes deutlich. Zwar liegt der Widerstand für kleine Reibgeschwindigkeiten leicht über dem des Standardzinnsystems, jedoch kommt es im Bereich von 50 bis 100 Reibwegen bei dem Standardzinnsystem für hohe Geschwindigkeiten zu einem starken Anstieg des Widerstandes auf über 200 mOhm. Das Standardzinnsystem neigt des Weiteren zu einem adhäsiven Verschleiß. So lagern sich an der Kalotte parallel zur Reibspur zu beiden Seiten Zinnpartikel an. Die Robustheit gegenüber Schwankungen des elektrischen Widerstandes sind auch für die mikrotribologischen Untersuchungen zu erkennen. Die Schadgasprüfung unterstreicht die gute Performance des Multilayersystems. So ist der Kontaktwiderstand deutlich niedriger nach einer 21-tägigen Auslagerung im Schadgas. Vergleicht man die Oberächenstrukturen der beiden Systeme, so ist die raue Oberäche des Multilayersystem zu beachten. Diese ist eine Folge des Reow-Prozesses. Die Oberäche des Standardzinnsystems weist nach der Prägung deutliche Falten auf. Grade im Hinblick auf die Fertigung realer Kontakte, besteht dabei die Gefahr, dass die Zinnoberäche aufreißt. Insgesamt zeigen die Untersuchungen jedoch, dass die durch eine Reow-Behandlung eingestellte Ni-Ag-Sn-Phase des Multilayersystem im Vergleich zum Standardzinnsystem eine deutlich bessere mechanische und elektrische Performance aufweist.



Stürzel, Thomas;
Einfluss der Variation von Silizium und Übergangsmetallen auf Gießbarkeit und mechanische Eigenschaften von Aluminium-Druckgusslegierungen. - 138 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2015

Im Rahmen dieser Masterarbeit wird der Einfluss von Si, Mn, Ti, Mo, Zr und Cr auf Gießbarkeit und mechanische Eigenschaften von AlSi-Druckgusslegierungen im Gusszustand analysiert. Neben thermodynamischen Simulationen mit JMatPro® und PANDAT® werden Zug- und Plättchen-Biegeversuche, Makro- und Martenshärtemessungen sowie Licht- und Rasterelektronenmikroskopie mit EDX durchgeführt. Legierungsabgüsse in eine Gießspiral-Kokille zeigen bei ≤ 6 wt% Si eine verminderte Fließfähigkeit. Dennoch sind im Druckguss reproduzierbare Abgüsse komplexer, dünnwandiger Prinzipbauteile möglich. Eine Reduzierung der Si-Konzentration führt dabei zu ansteigenden Werten von Bruchdehnung und Biegewinkel bei gleichzeitigem Festigkeits- und Härteverlust. Auffällig ist dabei das Auftreten des Portevin-LeChatelier Effekts bei ≤ 6 wt% Si. Eine Mn-Steigerung führt aufgrund von Mischkristallverfestigung und erhöhtem Anteil von Al15(Fe,Mn)3Si2 zu Festigkeitszuwachs in Verbindung mit Duktilitätsverlust. In Legierungen mit 4 wt% Si treten in der Gießspiral-Kokille ab einem Mn/Fe-Verhältnis von 5,7 und im Druckguss ab 7,5 statt kleiner, runder Fe/Mn-haltiger Phasen verstärkt nadelige Morphologien auf. Bei Erstarrung vor den Al-Dendriten werden diese jedoch blockig. Der kritische Mn-Gehalt für diese vordendritische Erstarrung sinkt mit steigendem Si-Gehalt. Außerdem werden die nadeligen Phasen bei Zugabe von Mo durch Bildung einer AlFeMnMoSi-Phase klein und rund. Bei vordendritischer Erstarrung erscheinen diese mit grober, blockiger Morphologie. Cr-Zugabe führt hingegen verstärkt zur Bildung skelettförmiger Al15(Fe,Mn,Cr)3Si2-Phasen und wird außerdem in den Mo-haltigen Phasen nachgewiesen. Durch beide Elemente steigt die Festigkeit und sinkt die Duktilität nur geringfügig. Durch Erhöhung der Ti- und Zr-Konzentration sinkt die Dendritengröße und steigt die Härte in der Gießspiral-Kokille, was im Druckguss zu erhöhter Festigkeit und Duktilität führt. Zr verursacht aufgrund seines gegenüber Al größeren Atomradius eine effektive Mischkristallverfestigung und steigert damit die Festigkeit bei gleichbleibend hoher Duktilität. Allerdings begünstigt die Zr-Zugabe im Gusszustand als einziges der untersuchten Elemente die Aushärtbarkeit der Legierungen. Dies wird experimentell mit Härtemessungen und Kennwertermittlung nach Langzeitauslagerung bei 120 ˚C für 500 h und mit JMatPro®-Rechnungen bestätigt.



Augner, Rick;
Quantitative röntgenographische Phasenanalyse - Vergleich verschiedener Verfahren. - 114, 48 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015

Die quantitative röntgenografische Analyse von Werkstoffproben ist aufgrund ihrer Möglichkeit der Identifizierung einer Probe gemeinsam mit der qualitativen Analyse eines der wichtigsten Untersuchungsverfahren der Werkstoffwissenschaften. Eine besondere Stellung nimmt die Quantifizierung von Restaustenit ein, da jener die mechanischen Kennwerte eines hergestellten Stahls maßgeblich beeinflusst. Diese Quantifizierung kann mithilfe des Rietveld-Verfahrens via Topas und des Verfahren auf Basis der Intensitätsverhältnisse bzw. ASTM E 975 via DQuant durchgeführt werden. In der vorliegenden Arbeit wurde die Restaustenitbestimmung mittels DQuant auf ihre Funktionsfähigkeit untersucht und im weiteren mit den Ergebnissen des Programms Topas verglichen. Aus den gewonnen Erkenntnissen zu Methoden der Quantifizierung, welche auf der Auswertung der Intensität einzelner Beugungslinien beruhen wurde abschließend ein Praktikumsversuch erarbeitet. Das Programm Topas ist bei komplizierten Proben genauer als DQuant. Das Programm DQuant ist nach einer Neuinstallation auf dem betreffenden PC zur schnellen Analyse einzelner gemessener Proben sehr geeignet. Schlagwörter: quantitative Analyse, Restaustenitbestimmung, Methode des äußeren Standards, Methode der Intensitätsverhältnisse, ASTM E975, Rietveld-Analyse, DQuant, Topas, Praktikumsversuch, Wolfram, Kupfer



Honig, Hauke;
Korrelation profilometrischer Volumenermittlungen mit Massenänderungen zur Abbrandbestimmung von Ag-SnO2 Kontaktwerkstoffen. - 110 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015

Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Untersuchung von Massen- und Volumenänderungen durch Materialabbrand infolge des Einwirkens von Schaltlichtbögen an einem Silber-Zinnoxid-Kontaktwerkstoff. Dabei soll besonders der Bereich zu Beginn der Lebensdauer erfasst werden. Der Abbrand wird für eine Reihe von Schaltspielzahlen in Wechselstromschaltversuchen mit einem Motorschütz erzeugt. Im Mittelpunkt steht die Entwicklung einer Methodik für die Bestimmung der Volumendifferenzen aus dreidimensionalen Profildaten, die mittels optischer Profilometrie aufgenommen werden. Die Ermittlung des Massenverlustes ist mit hinreichender Genauigkeit möglich, was mit einer Gegenüberstellung des Massenverlustes aller Proben mit der jeweils in den Schaltlichtbögen umgesetzten Energie bestätigt wird. Der relative Fehler bei der am häufigsten geschalteten Probe beträgt rund 2 \%. Die Korrelation von Massen- und Volumenänderungen ergibt bei den genutzten Versuchsbedingungen keinen der zu erwartenden Zusammenhänge, da der aus dem Messverfahren und den Auswerteschritten entstehende Fehler bei der Volumenbestimmung etwa in der Größenordnung des Abbrandvolumens liegt. In den Versuchsreihen liefert die Massenbestimmung genaue, verwertbare Ergebnisse. Wenn die Versuchsbedingungen so verändert werden, dass größere Abbrände entstehen, ist zu erwarten, dass auch für die Volumenbestimmung eindeutige Ergebnisse erzielt werden können.



Elias, Ixchen;
Tiefenaufgelöste Korrelation elektrischer Eigenschaften mit dem Gefüge elektrischer Schaltkontakte am Beispiel von Silber/Zinnoxid-Kontaktwerkstoffen. - 61 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015

Die Entwicklung einer zerstörungsfreien Gefügebewertung von elektrischen Kontaktwerkstoffen für die Analyse ihres Schaltvermögens bzw. ihrer Lebensdauer ist heutzutage eine große Herausforderung. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Korrelation von tiefenabhängingen elektrischen Eigenschaften mit dem Gefügeaufbau elektrischer Schaltkontakte, um festzustellen, ob die Möglichkeit besteht aus der elektrischen Leitfähigkeit Rückschlüsse auf das Gefüge zu ziehen. Mittels Wirbelstromverfahren, Mikrohärteprüfung, Rasterelektronenmikroskopie und Lichtmikroskopie wurde die elektrische Leitfähigkeit ermittelt und eine qualitative und quantitative Gefügeanalyse durchgeführt. Die Bestimmung der spezifischen elektrischen Leitfähigkeit mittels Wirbelstromverfahren an reinen Metallen ist Stand der Technik. Die Messung an den durch Pulvermatallurgie hergestellten Verbundwerkstoffen, wie Silber/Zinnoxid, stellt sich in dieser Arbeit als zuverlässig heraus, obwohl in der Literatur nur wenige Modelle zur Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit an derartigen Werkstoffen existieren. Allerdings lässt die komplexe Struktur der Silber/Zinnoxid Verbundwerkstoffe eine einfache Bewertung des Gefüges durch Messungen der elektrischen Leitfähigkeit mittels Wirbelstromverfahren nicht zu. Das liegt daran, dass sich die Oxide in der silbernen Matrix bei unterschiedlichen Zinnoxidanteilen anders verteilen. Jedoch ist es möglich durch eine Kombination mit teilweise zerstörungsfreien Verfahren, wie der Mikrohärteprüfung und Röntgenbeugung, den Gefügeaufbau dieser Werkstoffe einzuschätzen.



Krause, Katharina;
Metallographische Präparationsmethodik einer Wolframcarbid Verschleißschutzschicht. - 77 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015

Metallographische Schliffe erlauben den direkten Einblick in das Gefüge eines Werkstoffes und sind somit oftmals unerlässlich, um die Beziehung zwischen Struktur, Gefüge und Werkstückeigenschaften zu erkennen. Gerade in der Qualitätsprüfung ist diese Art der nicht automatisierbaren zerstörenden Werkstoffprüfung von Bedeutung und wird dort angewendet. Dem voraus geht eine auf das zu untersuchende Material speziell abgestimmte Präparationsmethode. Ziel dieser Arbeit ist die Optimierung der vorliegenden Präparationsmethode einer Verschleißschutzschicht bei der N3 Engine Overhaul Services GmbH & Co.KG. Es werden Variationen der derzeitigen Methode hinsichtlich gezielt ausgewählter Aspekte getestet. Die daraus erhaltene Aktualisierung der Präparationsparameter führt zu Vorteilen gegenüber der bisherigen Methode. Einsparungen in puncto Zeit- und Materialaufwand, ein vermindertes Verletzungsrisiko sowie eine gesteigerte Reproduzierbarkeit der Präparation zählen zu den Vorzügen der neuen Methode. Darüber hinaus wird die Beschichtung mittels REM/EDX- und RFA-Untersuchungen charakterisiert, um einen erweiterten Einblick in das Schichtmaterial zu erhalten.



Schultheiß, Ulrich;
Untersuchungen zum Verhalten von Stählen unter dynamisch schlagartiger Belastung. - 142 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2014

Zur Simulation von Bauteilen unter Crashbelastung werden Materialkennwerte benötigt, die bei entsprechend hohen Verformungsgeschwindigkeiten ermittelt werden, da sich das Materialverhalten mit der Belastungsgeschwindigkeit ändert. Zur Ermittlung der dynamischen Materialkennwerte werden Hochgeschwindigkeitszugversuche durchgeführt, wobei mit steigender Belastungsgeschwindigkeit auch die Anforderung an die Messtechnik steigt und die Kraftmessung nicht mehr global sondern lokal durchgeführt werden muss. Die zu untersuchenden Werkstoffe sind die Dualpahsenstähle HCT500XD, HCT780XD und HCT980XD, vorverformter HCT780XD, sowie lasergeschweiyte Verbindungen aus HCT500XD und HCT980XD. Bei allen Versuchsserien konnte ein Festigkeitszuwachs von Rm > 64 MPa bei Dehnraten von 100 1/s im Vergleich zu quasistatischer Belastung erzielt werden, wobei der Festigkeitsanstieg bei den Grundwerkstoffen unabhänig von der Ausgangsfestigkeit ist. Neben der Festigkeit steigt bei allen Versuchsserien mit Ausnahme des lasergeschweiyten HCT980XD auch die Bruchdehnung bei steigender Dehnrate, während die Gleichmaydehnung nahezu gleich bleibt. Somit konnte eine positive Dehnratenabhängigkeit für Dualphasenstähle nachgewiesen werden. Des weiteren konnte eine Funktion der Zugfestigkeit in Abhänigkeit der Dehnrate entwickelt werden. Für exakte Berechnungen müssen die ermittelten Koeffzienten noch genauer bestimmt werden. Zusätzlich wurden Schallgeschwindigkeitsmessungen an definiert vorverformten Proben durchgeführt. Als Ergebnis kann eine Abhängigkeit der Schallgeschwindigkeit von der Verformung festgestellt werden. Unter Berücksichtigung der texturbedingten Anisotropie der Schallgeschwindigkeit kann somit nach der Ermittlung von Kalibrierkurven die Verformung von Proben bestimmt werden.



Ziegler, Mario;
Plasmagestützte Atomlagenabscheidung von supraleitenden Niobnitrid-Dünnschichten. - 122 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2014

Supraleitende Niobnitrid (NbNx) Dünnschichten wurden mittels plasmagestützter Atomlagenabscheidung (PEALD) unter der Verwendung des metal-organischen Precursors Tert-Butylimino-Tris(Di-Ethylamino)Niob (TBTDEN) und Wasserstoffplasma abgeschieden. Die Sprungtemperatur (TC) und der spezifische Widerstand wurden mittels Vierspitzenmessung gemessen. Durch Rutherfordsche Rückstreuspektrometrie (RBS) und Röntgendiffraktometrie (XRD) wurden die Zusammensetzung und die kristallografischen Eigenschaften der abgeschiedenen Schichten untersucht. Der Beschichtungsprozess wurde hinsichtlich eines niedrigen spezifischen Widerstandes sowie einer hohen Sprungtemperatur hin optimiert. Eine Sprungtemperatur von 14 K sowie ein spezifischer Widerstand von 2,5 [my] [Omega]m wurde erreicht. Anfänglich wurde eine hohe Konzentration von Sauerstoff in den Schichten detektiert. Durch eine geeignete Parameterwahl insbesondere bei den Plasmaparameter konnte die Sauerstoffkonzentration von anfänglich 57 Atomprozent (at.%) auf 11 at.% verringert werden. Der Einfluss der Schichtdicke auf die elektrischen Eigenschaften wurde auf verschiedenen Substraten untersucht. Als Substrate wurden Silizium mit nativem Oxid, Silizium mit 200 nm thermisches Oxid, Saphir und poliertes Magnesiumoxid verwendet. Die analysierten Schichtdicken reichen von 3,5 nm bis 60 nm und zeigten Sprungtemperaturen von 6,2 K bis 14 K. Dabei wurden die höchsten Sprungtemperaturen auf Saphir und die geringsten auf Magnesiumoxid gemessen. Aufgrund eines neuen Pumpensystems konnte der Sauerstoffgehalt in den Schichten weiter auf 5 at.% reduziert werden. Die Schichtzusammensetzung ist somit Nb63N32O5. XRD Messungen zeigten die Abscheidung von polykristallinem Niobnitrid sowie von monokristallinem Nioboxid. Daraus ergibt sich eine verringerte effektive Schichtdicke für den supraleitenden Bereich. Wegen der herausragenden Schichtdickenkontrolle und der hohen Sprungtemperatur sind diese Schichten sehr gut für die Anwendung im Bereich supraleitender Elektronik und Sensoranwendungen geeignet.



Kirschner, Markus Matthias;
Korrelation von Gefügeeigenschaften und Bruchstrukturen hochfester Mehrphasenstähle. - 145 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2014

Es ist festzustellen, dass die etablierten Kenntnisse der fraktographischen Auswertung nach VDI RL-3822 Blatt 2 auch für hochfeste Mehrphasenstähle immer noch Gültigkeit besitzen. Außerdem ist es möglich verschiedene Gefügeeigenschaften in der Bruchstruktur der hochfesten Mehrphasenstähle zu erkennen.



Franz, Anna;
Herstellung und Anwendung reaktiver Mehrschichtsysteme für die Aufbau- und Verbindungstechnik. - 87 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2014

Das Ziel dieser Bachelorarbeit war die Herstellung und Anwendung von reaktiven Mehrschichtsystemen für die Aufbau- und Verbindungstechnik. Als Substratmaterialien wurden hierbei Silizium, Low Temperature Cofired Ceramics (LTCC) und Kupfer verwendet. Auf diese Substrate wurde das reaktive Schichtsystem aus Nickel-Aluminium oder Silizium-Titan mittels physical vapour deposition-Magnetronsputtern aufgetragen. Die verwendeten Schichtdicken reichten von 10 bis 30 [my]m. Zusätzlich wurde zwischen Substrat und Schicht und auf die Schicht Zinn gesputtert, welches als Lotmittel fungiert. Das Prinzip von reaktiven Mehrschichtsystemen besteht darin, die beteiligten Fügepartner aufgrund einer exothermen Reaktion stoffschlüssig miteinander zu verbinden. Hierbei sind die Fügepartner kaum thermischen Belastungen ausgesetzt, da die Reaktion sehr schnell abläuft (< 1 s). Diese exotherme Reaktion wurde durch einen Festkörperlaser oder elektrischen Funken initiiert. Hierbei war festzustellen, dass die Funkenzündung mit den eingestellten Parametern zu erfolgreichen Ergebnissen geführt hat. Die Laserzündung zeigte hingegen keine Reaktion der Schichten untereinander. Nach der Zündung wurden die Proben mit verschiedenen Verfahren untersucht. Hierbei erfolgte eine Gefügeuntersuchung der gezündeten Proben mittels Rasterelektronenmikroskop und Lichtmikroskop. Dies geschah auch an den Querschnitten der Proben. Weiterhin wurden die Schichten durch Röntgendiffraktometrie auf ihre Phasenzusammensetzung untersucht, um Aussagen über den Fortschritt der exothermen Reaktion zu gewinnen. Hierbei wurde deutlich, dass die Proben mit Laserbeschuss keine intermetallischen Phasen im Schichtsystem bildeten, wohingegen die durch elektrische Funken gezündeten Proben ebendiese Phasen aufwiesen. Zusammenfassend wurden die ersten Versuche in dieser Thematik erfolgreich abgeschlossen, allerdings ist zum gegenwärtigen Zeitpunkt eine Anwendung unter den gegebenen Parametern noch nicht möglich. Daher sollten weitergehende Versuch für die Optimierung der Versuchsparameter angestellt werden.



Ciupke, Tobias;
Optimierung der Laseranlassbeschriftung auf Edelstählen hinsichtlich Korrosionsbeständigkeit und Haltbarkeit. - 86 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2014

Viele Bauteile und Produkte werden zum Zweck der Identifizierung oder Rückverfolgbarkeit beschriftet. Es gibt eine Vielzahl von unterschiedlichen Verfahren zur Kennzeichnung. Mit der Einführung von effizienten diodengepumpten Lasersystemen und der Weiterentwicklung der elektronischen Datenverarbeitung hat sich die Laserbeschriftung als günstiges, zuverlässiges und flexibles Verfahren auf dem Markt etabliert. Eine Art der Lasermarkierung ist die Anlassbeschriftung von Edelstählen. Beim Anlassen kommt es durch lokale Erwärmung der Werkstoffoberfläche zur Bildung einer farbig erscheinenden Oxidschicht. Gegenüber dem Grundmaterial weist die Anlassbeschriftung jedoch eine erhöhte Korrosionsanfälligkeit auf. Im Hinblick auf die Rückverfolgbarkeit stellen die schlechte Haltbarkeit der Markierung und der damit verbundene Kontrastverlust ein großes Problem dar. Im Rahmen der Masterarbeit wird die Laseranlassbeschriftung auf Edelstählen (1.4021 und 1.4301) hinsichtlich ihrer Korrosionsbeständigkeit und Haltbarkeit optimiert. Der Schwerpunkt liegt in der Durchführung einer umfangreichen Parameterstudie mit verschiedenen Strahlquellen und der Charakterisierung des Korrosionsverhaltens und der Passivierbarkeit. Durch eine Analyse der Oxidschichten mittels EDX und XRD sollen weitere Erkenntnisse über die Zusammensetzung und Struktur der Beschriftungen gewonnen werden. Die Untersuchungen haben gezeigt, dass die Haltbarkeit der Beschriftungen insbesondere durch ein homogenes Schichtwachstum verbessert wird. Dies kann durch eine starke Defokussierung des Laserstrahls sowie mehrere Beschriftungsüberläufe erreicht werden. Die Frequenz und Scangeschwindigkeit werden entsprechend der mittleren Leistung des verwendeten Lasersystems angepasst. Die Haltbarkeit von Beschriftungen auf 1.4301 ist im Allgemeinen deutlich höher als auf 1.4021. Im Hinblick auf die Beschriftbarkeit zeigen sich jedoch bei 1.4021 Vorteile gegenüber 1.4301.



Vogel, Anneka;
Analyse tribologischer Eigenschaften von nanolaminaren Schichten. - 143 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2014

Ziel der Arbeit war es, die tribologischen Eigenschaften von nanolaminaren Schichten zu untersuchen. Dafür sollte der Einfluss der verschiedenen Schichtsysteme Cr-Al-C, Ti-Al-N und Ti-Si-C und der Substrate, Stahl und Silzium, berücksichtigt werden. Weiterhin sollte der Einfluss eines elektrischen Stromes während der Messungen betrachtet werden. Die Prüfkörper wurden mittels PVD Verfahren hergestellt. Auf das Stahlsubstrat (1.4401) wurde vor Aufbringen der Multilagenschicht eine 100 nm dicke Nickeldiffusionsbarriere aufgebracht. Da die tribologischen Untersuchungen an den ungetemperten und den getemperten Schichtsystemen vorgenommen werden sollten, erfolgte für einen Teil der Proben das Tempern in einem RTA Ofen. Dafür wurden beim Tempern für die Proben mit Stahlsubstrat für die Schichtsysteme Ti-Al-N und Ti-Si-C um 100 &ring;C geringere Temperaturen als für die Proben mit Siliziumsubstrat verwendet. Dies geschah, um beim Stahl Diffusions- und Schmelzprozesse zu verhindern. Bei der XRD Messung zeigte sich, dass sich bei allen getemperten Stahl und Siliziumproben die gewünschten MAX-Phasen gebildet haben. Das bedeutet, dass bei den Stahlproben trotz der geringeren Temper-Temperatur die MAX-Phasenbildung eingesetzt hat. Bei dem getemperten Schichtsystem Cr-Al-C bildet sich auf Stahl und Silizium die Cr2AlC MAX-Phase ohne Vorphasen aus. Bei den Schichtsystemen Ti-Al-N und Ti-Si-C bilden sich neben den gewünschten MAX-Phasen Ti2AlN und Ti3SiC2 noch weitere Phasen aus. Auffällig ist, dass sich bei dem Stahlsubstrat mit Nickeldiffusionsbarriere, vor allem zusätzliche Verbindungen mit Nickel gebildet haben. Ebenfalls erfolgte eine Rauheitsuntersuchung der ungetemperten und getemperten Schichten auf den unterschiedlichen Substraten. Die Rauheit der Probenoberflächen nimmt vom ungetemperten zum getemperten Zustand zu. Diese Zunahme der Rauheit kann durch die beim Tempern initiierten Diffusionsprozesse erfolgen. Einzige Ausnahme ist die Ti2AlN Schicht auf Silizium und Stahl. Bei dieser Schicht nimmt die Rauheit der Oberfläche bei der getemperten Probe nicht zu. Es ist jedoch auch das einzige Schichtsystem, welches im Sputtercluster unter Temperatureinwirkung von 600 &ring;C hergestellt wurde. Die anderen Schichtsysteme wurden ohne Temperatureinwirkung aufgesputtert. Auffallend ist auch, dass die Rauheitswerte der ungetemperten Schichten auf dem Stahlsubstrat um eine Größenordnung höhere liegen als bei den Schichten auf dem Siliziumsubstrat. Vermutlich liegt es an der größeren Oberflächenrauheit des polierten Stahlsubstrates. Das bedeutet, die Rauheit des Substrates hat Einfluss auf die Rauheit der späteren Schicht. Die Rauheit der Stahlkugel ist um die Hälfte geringer als die Rauheit der Keramikkugel (Al2O3). Die Untersuchungen an dem Tribometer Basalt Must erfolgten bei unterschiedlichen Normalkräften, 50 mN und 125 mN, und verschiedenen Reibgeschwindigkeiten, 0,05 mm/s und 0,08 mm/s. Als Gegenkörper kam eine 100Cr6 Stahlkugel und eine Al2O3 Keramikkugel zum Einsatz. Die Kugel bewegt sich auf einer Messlänge von 1 mm Vorwärts und Rückwärts. Daraus ergibt sich am Ende bei 500 Messzyklen eine Gesamtmessstrecke von 1 m. Es zeigte sich, dass sich schon nach den ersten Zyklen ein Transferfilm auf der Kugel ausbildet. Die tribologischen Untersuchungen wurden unter Raumtemperatur durchgeführt. Die niedrigstens Werte für die Reibkoeffizienten bei den Messungen ohne Stromeinfluss erreicht bei dem Silizium Substrat und 100Cr6 Stahlkugel die MAX-Phase Ti3SiC2. Auch das ungetemperte Multilagen-Schichtsystem Ti-Si-C auf Silizium hat die niedrigsten Reibwerte. Die höchsten Reibkoeffizienten erzielt die MAX-Phase Cr2AlC bei den Schichten auf dem Siliziumsubstrat. Bei den tribologischen Messungen der Schichten ohne Strom auf dem Stahlsubstrat mit 100Cr6 Stahlkugel zeigte sich, dass der höchste Reibkoeffiziente bei der MAX-Phase Ti2AlN aufgenommen wurde. Die niedrigstens Werte der Reibkoeffizienten treten bei den MAX-Phasen Ti3SiC2 und Cr2AlC auf. Bei der Paarung Stahlsubstrat mit Schicht und Keramikkugel als Gegenkörper wurden die besten Reibwerte bei der Ti2AlN MAX-Phase erreicht. Bei den Messungen der Schichten auf dem Siliziumsubstrat unter Stromeinfluss treten bei 100 mA bei den MAX-Phasen Cr2AlC und Ti2AlN adhäsive Verschleißserscheinungen auf. Das bedeutet, dass Verschweißungen zwischen Kugel und Probenmaterial stattfinden und dadurch werden große Rauheiten in der Spur erzeugt. Bei geringerer Stromstärke finden innerhalb der Spur keine Verschweißungen statt. Bei den tribologischen Untersuchungen der Schichten auf dem Stahlsubstrat tritt nur bei der MAX-Phase Ti2AlN bei 100 mA adhäsiver Verschleiß auf. Durch die REM-Aufnahmen und EDX-Analysen konnte gezeigt werden, bei welchen Schicht/Substratkombinationen welcher Beschädigungsgrad der Schicht vorliegt. Die stärksten Beschädigungen, die bis auf das Substrat reichen, erfolgten bei dem ungetemperten Schichtsystem Cr-Al-C auf Silizium, der MAX-Phase Cr2AlC auf Silizium unter Stromeinfluss von 100 mA, der MAX-Phase Ti2AlN auf Silizium unter Stromeinfluss von 100 mA und der MAX-Phase Ti2AlN auf Stahl unter Stromeinfluss von 100 mA. Die besten Ergebnisse hinsichtlich des Beschädigungsverhaltens lieferte das Schichtsystem Ti-Si-C ungetempert und getempert bei beiden Substraten. Dies wird auch durch die quantitative Verschleißanalyse an den getemperten Schichten auf dem Stahlsubstrat bestätigt. Die Werte für das Verschleißvolumen sind bei der MAX-Phase Ti3SiC2 deutlich geringer als bei Cr2AlC und Ti2AlN. Das bedeutet, dass die Ti-Si-C Multilagenschicht und die MAX-Phase Ti3SiC2 die besten Ergebnisse hinsichtlich Verschleiß und Reibung liefert. Der Vergleich mit vorher durchgeführten Versuchen an der MAX-Phase Ti3SiC2 auf unterschiedlichen Substraten (Keramik und Messing) zeigte, dass die Werte der Reibkoeffizienten mit den Ergebnissen in dieser Masterarbeit in der gleichen Größenordnung liegen. Ebenfalls konnte in den vorheringen Untersuchungen festgestellt werden, dass an den Proben mit der MAX-Phase Ti3SiC2 nur geringe Schäden auszumachen waren. Diese Erkenntnisse decken sich mit den Erscheinungen in dieser Arbeit. Die nanolaminaren Schichten wurden ebenfalls darauf untersucht, ob sie Selbstheilungseffekte aufweisen. Die Betrachtungen erfolgten nur an den MAX-Phasen auf den Siliziumsubstraten. Die Tempervorgänge erfolgten in einem Quarzrohrofen unter Luft. Dafür erfolgte ein Vorversuch bei 400 &ring;C über eine Dauer von einer Stunde an den Tribospuren auf den getemperten Schichtsystemen auf dem Siliziumsubstrat. Die Temperatur bei dem Vorversuch war zu niedrig und die Dauer des Temperatureintrages zu kurz, um schon eine wahrnehmbare Veränderung erkennen zu können. Es haben sich keine neuen Phasen ausgebildet und in den REM-Aufnahmen sind auch keine Veränderungen ersichtlich. Ein weiterer Versuch erfolgte bei 1000 &ring;C über eine Dauer von 10 Stunden. Bei den Tribospuren auf diesen Proben ist nach dem erneuten Tempervorgang im Quarzrohrofen eine Veränderung zu erkennen. Ebenfalls zeigten die Messungen im Röntgendiffratometer das sich neue Phasen ausgebildet haben. Es wurde ersichtlich, dass sich die vorher vorliegenden MAX-Phasen zu Gunsten des Selbstheilungsprozesses und der damit verbundenen Bildung von Oxiden auflösen. Es waren bei allen Proben Selbstheilungseffekte bemerkbar. Jedoch sind überall die Spuren noch erkennbar. Die vorher stattgefundenen Beschädigung waren zu groß. Das heißt, Selbstheilung mittels Oxidation bei erhöhter Temperatur ist bei den hier durchgeührten Versuchen bis zu einem gewissen Grad möglich. Auch hier wurden die besten Ergebnisse bei der MAX-Phase Ti3SiC2 erzielt. Die MAX-Phase Ti3SiC2 weist in dieser Arbeit die besten Ergebnisse bei den tribologischen Untersuchungen hinsichtlich Reibungskoeffizient und Verschleißbeständigkeit, sowie bei dem Selbstheilungseffekt auf. Nachteilig ist die zur Herstellung benötigte hohe Temper-Temperatur, damit können Materialien mit geringer Temperaturbeständigkeit als Substrat nicht zum Einsatz kommen. Diese MAX-Phase könnte zum Beispiel als Schicht auf den verwendeten Keramiken bei tribologischen Hochtemperaturanwendungen verwendet werden. Reibung und Verschleiß werden als Verlustgrößen bei tribologischen Systemen angesehen. Diese beiden Faktoren hängen nicht nur von den Materialeigenschaften ab, hingegen auch von den Wechselwirkungen. Das bedeutet, Reibung und Verschleiß sind Systemeigenschaften. Die Systeme MAX-Schichten/ Stahlkugeln weisen im Vergleich zu dem System Stahlsubstrat/ Stahlkugel bessere Reibungseigenschaften auf. Bei dem System Siliziumsubstrat/ Stahlkugel sind die Reibungseigenschaften besser oder liegen in der gleichen Größenordnung wie bei den getesteten MAX-Schichten/ Stahlkugel Systemen. Im Falle des Stahlsubstrates verbessern die aufgebrachten MAX-Phasen die Oberflächeneigenschaften deutlich. Auch bei Paarungen SiC/ Stahlkugel und Al2O3/ Stahlkugel würden sich MAX-Phasen anbieten. Denn bei den Paarungen liegen ebenfalls Reibungszahlen bei Trockenreibung von 0,77 und 0,69 vor. Damit bieten sich MAX-Phasen als Verschleißschutzschichten auf Substraten mit hoher Reibungszahl (größer 0,5), wie bei Stahl oder Keramiken, an. Dadurch kann das Reibungsverhalten und das Verschleißverhalten dieser Grundkörper verbessert werden. Es sollten erneute tribologische Messungen an allen Proben durchgeführt werden um zu ermitteln, ob die hier erlangten Ergebnisse reproduzierbar sind. Ebenfalls könnten nochmals Messungen erfolgen bei denen nach jeder Spur ein Kugelwechsel erfolgt. Weiterhin wären Temperaturmessungen an der Messanordnung interessant um zu ermitteln, ob sich bei den tribologischen Untersuchungen unter Stromeinfluss, Wärme entwickelt. Interessant wären auch Untersuchungen mit neuen Systempaarungen in dem unterschiedliche Kugelmaterialien verwendet werden. Ebenfalls sollten noch weitere Substrate verwendet werden um zu zeigen, wie sich das Reibungsverhalten nach Aufbringung der MAX-Phasen verändert. Hinsichtlich weiterführender Untersuchungen des Selbstheilungseffektes müssen verschiedene Stadien dieses Effektes ausgelöst durch unterschiedliche Zeit und Temperaturkombinationen betrachtet werden. Ebenso könnte der Selbstheilungseffekt in Abhängigkeit vom Ausmaß der Beschädigung untersucht werden.



Kasch, Sebastian;
Abscheidung von transparentem und leitfähigem aluminiumdotierten Zinkoxid mit dem Spraypyrolyseverfahren. - 72 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2013

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Herstellung transparenter leitfähiger Schichten aus aluminiumdotierten Zinkoxid (ZnO:Al) mittels Spraypyrolyseverfahren für die Anwendung bei Solarzellen. Die Schichten wurden aus einer Lösung (Methanol und Wasser) auf Siliziumsubstraten abgeschieden. Als Präkursoren wurden Zinkacetat-Dihydrat und Aluminium-Acetylacetonat verwendet. Dabei wurde der Einfluss der Depositions- (200 &ring;C bis 350 &ring;C) und Tempertemperatur (200 &ring;C bis 500 &ring;C) auf die elektrischen, optischen, kristallinen und chemischen Eigenschaften untersucht. Die Charakterisierung der abgeschiedenen und getemperten Proben erfolgte mittels 4-Spitzen-Widerstandsmessung, Ellipsometrie, XRD und XPS. Die niedrigsten spezifischen elektrischen Widerstände von 3,3 10^-2 [Omega]cm wurden bei einer Abscheidetemperatur von 300 &ring;C und nach einer Temperaturbehandlung in einer 3 %igen Wasserstoffatmosphäre bei 200 &ring;C erreicht. Die optischen Konstanten n und k steigen mit Erhöhung der Depositionstemperatur an. Mit wachsender Abscheide- und Tempertemperatur wechselt die Schicht von einer teils amorphen in eine polykristalline hexagonale Wurtzitstruktur. Die Kristalle weisen eine bevorzugte c-Achsenorientierung in Richtung der Oberfläche auf. Trotz einer 2 %igen Aluminium-Präkursorkonzentration in der Lösung konnte in den Proben kein Aluminium nachgewiesen werden. Auf Grund des hohen spezifischen Widerstandes des ZnO:Al sind die Schichten, welche bei niedrigen Temperaturen mit dem Spraypyrolyseverfahren hergestellt und getempert wurden, nicht für die Anwendung bei Solarzellen geeignet.



Theska, Felix;
Einfluss der Probenpräparation auf die EBSD-Analyse von Duplex-Stahl. - 89 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2013

In der vorliegenden Bachelorarbeit wurde sich mit der metallografischen Präparation zur EBSD-Untersuchung von Duplexstahl befasst. Dabei wurden Proben aus den Materialien Reineisen (ferritische Probe), X2CrNiMoN 22-5-3 bzw. 1.4462 (ferritisch-austenitische Probe) und X2CrNiMo 17-22-2 bzw. 1.4404 (austenitische Probe) untersucht, um das Verhalten der Phasen Ferrit und Austenit hinsichtlich der Präparationsmethoden zu analysieren. Als Präparationsmethoden wurden die Verfahren der mechanischen und elektrochemischen Präparation, sowie der mechanischen Präparation kombiniert mit Vibrationspolieren untersucht. Das Ziel bestand darin, aus den ausgewählten Präparationswegen eine optimale Probenbehandlung zu finden, mit deren Hilfe es möglich ist, einen ferritisch-austenitischen Duplexstahl für eine Phasenanalyse mittels EBSD zu präparieren. Die Ergebnisse zeigten, dass eine mechanische Präparation ungenügend für eine sichere Aussage und somit nicht anzuwenden ist. Die elektrochemische Probenpräparation zeigte für die rein ferritische und rein austenitische Probe jeweils sehr zuverlässige Ergebnisse, für die Duplexstahlprobe jedoch keine Verbesserung gegenüber der mechanischen Präparation. Die dritte Präparationsmethode, die mechanische Präparation in Kombination mit Vibrationspolitur, erzielte für die Duplexstahlprobe sehr gute Ergebnisse hinsichtlich der CI-, FIT- und IQ-Werte. Die Ursache ist hier in der Topografie, sowie der amorphen Deckschicht zu finden. Aus mechanischer Präparation resultierten geringe Oberflächentopografie, jedoch starke Deformationsschicht. Bei elektrochemischer Präparation wurde keine mechanische Deformation, jedoch eine Oberflächentopografie erzeugt. Die Vibrationspolitur stellte ein geeignetes Mittelmaß zwischen beiden Präparationsmethoden dar: Geringe Deformationsschicht, bei geringer Topografieausbildung. Als Schlussfolgerung kann für diese Bachelorarbeit zusammenfassend die Aussage getroffen werden, dass für optimale Ergebnisse die mechanische Präparation in Kombination mit Vibrationspolitur die besten Ergebnisse für EBSD-Untersuchungen lieferte. Als Ausblick besteht die systematische Untersuchung exakter Parametersätze sowohl für die Probenpräparation, als auch der Einstellungen zur EBSD-Messung, um systematische Fehler bewusst zu eliminieren und Präparations- und Untersuchungszeiten weiter zu optimieren.



Böttcher, René;
Untersuchungen von Dickschichtsystemen mittels Ultraschall (Impuls - Echo - Verfahren) im Wasserbad und Signalverarbeitung mit der Fourieranalyse. - 123 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2013

Ultraschallverfahren sind geeignet für die Untersuchung jeglicher Art von Werkstoffen und haben eine große Bedeutung in der Werkstoffprüfung. Haupteinsatz ist die Dicken- und Fehlerlagenbestimmung. Im Vergleich zu anderen Prüfmethoden, haben Ultraschallverfahren eine geringe Auflösung. Deshalb ist es notwendig eine Verbesserung der Auflösungsgrenze zu erreichen. Neben dem Einsatz von Vorlaufstrecken, kann der Einsatz von Signalverarbeitungsmethoden, wie der Fourieranalyse, und spezieller Hardware Vorteile bringen. Neben der Untersuchung von Werkstücken zur Dicken- und Fehlerlagenbestimmung, kann Ultraschall auch zur Bestimmung von Werkstoffkennwerten, wie dem Elastizitätsmodul und dem Schermodul sowie der Querkontraktionszahl, dienen. Diese Werte können über die Messung von longitudinalen und transversalen Schallgeschwindigkeiten berechnet werden und zeigen eine gute Korrelation mit Referenzwerten der Literatur. Eine Kombination mit der Rauschanteil- und Prüffrequenzfilterung ist zusätzlich möglich. Auch der Schwächungskoeffizient bietet die Möglichkeit der Einschätzung des Zustandes des Werkstoffes. Bei seiner Messung stellt jedoch die Reproduzierbarkeit in Hinblick auf konstante und vergleichbare Ankopplung ein Problem dar. Eine Vorlaufstrecke ist vor allem im Bereich sehr dünner Proben von Bedeutung. Das Impulsecho kann aus dem Betrachtungsbereich entfernt werden und es können sowohl oberflächennahe Strukturen in dickeren detektiert als auch sehr dünne Proben untersucht werden. Hinzu kommt die Möglichkeit mit höheren Verstärkungen unter konstanter Ankopplung im Schallfokus zu arbeiten. Dies hat einen nicht zu vernachlässigenden Qualitätsgewinn der Messungen zur Folge. Der Einsatz von mathematischen Methoden, wie der hier angewendeten Fourieranalyse, erhöht die Qualität der Messdatenauswertung. Durch Filtern hochfrequenter Anteile und dem Bereich der Prüffrequenz können Echos klarer getrennt und besser lokalisiert werden. Damit erfolgt eine bessere Bestimmung der Lage von Materialfehlern und Grenzflächen, bis hin zu der genaueren Messung der Schallgeschwindigkeit. Die physikalische Auflösungsgrenze von [lambda] kann jedoch nicht überwunden werden. Es verbleibt daher eine Abhängigkeit der Auflösung vom untersuchten Material, seiner Schallgeschwindigkeit und der verwendeten Prüffrequenz.



Zeis, Christopher;
Einkristallines Laserpulverauftragschweißen von Nickelbasis-Superlegierungen. - 65 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2013

In der vorliegenden Bachelorarbeit wird das epitaktische Laserpulverauftragschweißen einer einkristallinen Ni-Basis-Superlegierung auf artgleichem Substrat untersucht. Es wird der Einfluss eines gezielt erzeugten, gerichteten Temperaturgradienten im Substrat auf eine epitaktische Erstarrung betrachtet. Ziel der Arbeit ist die Erzeugung einer einkristallinen Laserpulverauftragschweißung. Dabei wird der Einfluss von Leistung, Pulverförderrate und Strahldurchmesser auf Aufmischungsgrad und Pulvernutzungsgrad der Schweißung untersucht. Aus den Ergebnissen wird ein für diese Legierung geeigneter Parameterbereich ermittelt. Es folgen Untersuchungen zur Auswirkung einer Vorwärmung der Schweißstelle und der Wärmeabfuhr aus dem Bauteil auf eine epitaktische Schweißung. Im Rahmen der Untersuchungen konnte der Einfluss von Laserleistung, Pulverförderrate und Strahldurchmesser auf Aufmischungsgrad und Pulvernutzungsgrad für einen ausgewählten Parameterbereich weitgehend geklärt werden. Auch ein Zusammenhang zwischen der Wärmeabfuhr aus dem Grundwerkstoff und einer epitaktischen Erstarrung konnte ermittelt werden.



Hentschel, Martin;
Parameteruntersuchungen zum Trennverhalten zwischen Bauteilen aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff und Resin Transfer Moulding-Werkzeugen. - 74 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2013

Die vorliegende Bachelorarbeit soll die Basis für einen trennmittelfreien Resin Transfer Moulding (RTM)-Prozess schaffen, um durch eine Verringerung der Fertigungsnebenzeiten in den Arbeitsschritten Entformen und Säubern der Kavität die Fertigungskosten zu senken. Auf die Darstellung der Grundlagen, welche sowohl den Stand der Technik im Bereich der kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffe (CFK) als auch die physikalisch-chemischen Gesetze der Oberflächentechnik darstellen, folgt die experimentelle Untersuchung des Trennverhaltens zwischen CFK-Bauteilen mit Epoxidharz als Matrixwerkstoff und RTM-Werkzeugoberflächen in Abhängigkeit der Parameter Oberflächenrauheit und -beschichtung. Aus den gewonnen Erkenntnissen werden Rückschlüsse für die Optimierung der Werkzeugoberflächen gezogen, um das Trennverhalten signifikant zu verbessern. So konnte bereits im Rahmen dieser Arbeit eine Reduktion der Ablösekraft von bis zu 32% gegenüber den bisher eingesetzten Werkzeugoberflächen erzielt werden. Weitere noch zu untersuchende Parameter können eine zusätzliche Verbesserung des Trennverhaltens erzielen.



Stürzel, Thomas;
Einfluss der Cu-, Mg- und Mn-Variation auf Aushärtungsverhalten und mechanische Eigenschaften von zinkhaltigen AlSi-Druckgusslegierungen. - 120 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2013

Im Rahmen dieser Bachelor-Thesis werden zinkhaltige AlSi-Druckgusslegierungen untersucht. Hierzu werden die Einflüsse unterschiedlicher Magnesium-, Mangan- und Kupfergehalte hinsichtlich des Aushärtungsverhaltens und der mechanischen Eigenschaften analysiert. Ein Lösungsglühen dient dabei der Homogenisierung der Elemente Zn, Mg und Cu im Aluminium-Mischkristall und der Einformung des eutektischen Siliciums. Die Homogenisierung wird durch theoretische Diffusionsrechnungen und experimentelle EDX-Analysen bestätigt. Des Weiteren wurde durch qualitative Metallographie die Morphologieänderung von eisenhaltigen intermetallischen Phasen in Folge einer Manganerhöhung belegt. Mittels Härte- und Leitfähigkeitsmessungen wurde gezeigt, dass die verschiedenen Magnesiumkonzentrationen Einfluss auf die Kaltaushärtungskinetik haben, wohingegen Mn- und Cu-Zusätze diese nicht signifikant beeinflussen. Bei 120&ring;C-Warmauslagerung mit vorangegangener Kaltauslagerung ist eine signifikante Beschleunigung der Aushärtungskinetik durch Mg- und Cu-Zusätze zu verzeichnen. Eine zusätzliche 190&ring;C-Wärmebehandlung vor der 120&ring;C-Warmauslagerung führt zu einer signifikant schnelleren aber gleichzeitig geringeren Aushärtung durch die Legierungselemente Mg und Cu. Es ist festzustellen, dass ein Mindestgehalt an Magnesium nötig ist, um eine effektive Kalt- und Warmaushärtung bei zinkhaltigen AlSi-Legierungen zu initiieren. Mit zunehmenden Legierungsgehalten von Mg und Cu steigt die Festigkeit und gleichzeitig nimmt die Duktilität ab, was sich insbesondere nach einer Wärmebehandlung für 500 h bei 120&ring;C zeigt. Durch DSC-Analysen wurden legierungs- und wärmebehandlungsspezifische Ausscheidungsreaktionen festgestellt, die mit thermodynamischen Gleichgewichtsrechnungen und der Literatur verglichen wurden. Demnach kann es sich abhängig von der Legierungszusammensetzung um vielschichtige Ausscheidungs- und Auflösungssequenzen der stabilen und metastabilen Entmischungsstadien des Typs [eta]-MgZn2, β-Mg2Si und Q-Al5Cu2Mg8Si6 handeln.



Schmidt, Reinhard;
Erzeugung von Saatschichten mittels Laserbestrahlung dünner Metallfolien und deren Modellierung. - 157 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Diplomarbeit, 2013

Kristalline Silizium-Solarzellen haben den mit Abstand größten Marktanteil in der Photovoltaik. In ihrer Herstellung hat sich das Siebdrucken silberhaltiger Pasten zur Vorderseitenmetallisierung etabliert. In der vorliegenden Arbeit wurde ein alternativer Ansatz betrachtet, der die Chance bietet, kostengünstig und effizient zu sein. Hierzu wurde eine dünne Folie auf den Wafer aufgelegt. Die Laserbestrahlung der Metallfolie soll zu einem lokalen Durchschmelzen der Folie führen. Der sich dabei lokal ausbildende mechanische und elektrische Kontakt mit dem Emitter der Solarzelle dient als Saatschicht im Rahmen eines zweistufigen Metallisierungsprozesses. Hierzu fanden ein NdYAG-Laser mit Pulszeiten im Bereich von 100 bis 620 Nanosekunden und ein Faserlaser mit Pulszeiten im Bereich von 20 bis 1000 Mikrosekunden als Laserquellen im nahen Infrarot Verwendung. Im Experiment wurden dünne Metallfolien aus Aluminium, Nickel und Silber untersucht. Die entstandenen Strukturen wurden im Lichtmikroskop, im Rasterelektronenmikroskop und mittels der EDX-Analyse untersucht und hinsichtlich ihrer Eignung als Saatschicht bewertet. Es gelang, die Metallfolie bis zur Unterseite aufzuschmelzen und es konnten auch Kontakte zum Silizium erzeugt werden. Die aufgeschmolzene Metallfolie muss zur Kontaktierung des Emitters die Antireflexschicht aus Siliziumnitrid auf der Waferoberfläche überwinden. Während der Laserprozesse konnte ein thermisch bedingtes Abheben der Folie beobachtet werden, dass die Prozessführung nachteilig beeinflusste und die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse erschwerte. Um ein besseres Verständnis für den Prozess des Aufschmelzens der Metallfolie zu entwickeln, wurde die Ausbreitung der Wärme sowie der Phasenübergang in der Folie anhand verschiedener Modelle numerisch simuliert. Dabei konnten gewonnene experimentelle Ergebnisse bestätigt werden. Insbesondere der Einfluss des Abhebens der Folie konnte sowohl experimentell als auch durch die Simulation eines geeigneten Modellsystems bestätigt werden. Mit Hilfe der Simulation konnte gezeigt werden, dass das Erreichen der hohen Sublimationstemperatur auf der Unterseite der Folie in der Schmelze ein den Prozess erschwerendes Hindernis für die Kontaktausbildung mit dem Wafer ist. Abschließend kann festgestellt werden, dass in der Entwicklung dieses Metallisierungsansatzes noch einige technologische Hürden zu überwinden sind.



Rienecker, Tobias;
Einfallswinkeleffekte auf die Effizienz kristalliner Solarmodule unter Verwendung verschieden strukturierter Frontgläser. - 88 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2012

In der Photovoltaik spielt es eine zunehmende Rolle die Effizienz von Solarmodulen nicht nur bei senkrechtem Lichteinfall, sondern auch bei verschiedenen Einfallswinkeln, zu untersuchen. Denn unter realen Bedingungen ist der Idealfall des senkrechten Lichteinfalls nur einmal im Jahr oder unter Einsatz von Nachführungseinrichtungen gegeben. Einen besonderen Einfluss auf die elektrische Leistung haben dabei die Frontgläser der Solarmodule. Bereits hier entscheidet sich, wie viel Licht später auf die Solarzellen treffen kann. Im Rahmen dieser Arbeit werden deshalb Gläser mit verschiedenen Oberflächenstrukturen und Antireflexionsschichten untersucht. Mit Hilfe einer Simulation wird die winkelabhängige Transmission einer strukturierten Oberfläche beschrieben. Die Simulation zeigt, dass es an der Glasoberfläche zu Mehrfachreflexionen kommt, auch Light-Trapping Effekt genannt, und die Transmission steigt. Anhand von Transmissions- und Leistungsmessungen werden die Ergebnisse der Simulation bestätigt. Ein weiteres Resultat der Transmissionsmessungen ist, dass aus dem winkelabhängigen Verhalten von Glas in Luft keine Rückschlüsse auf das winkelabhängige Verhalten von Glas im Solarmodul gezogen werden können. An der Glasrückseite entstehen dabei Totalreflexionen, die das Messergebnis, vor allem bei strukturierten Gläsern, verfälschen. Neben den Transmissionsmessungen werden mit ausgewählten Gläsern Leistungsmessungen durchgeführt. Wie Messungen unter Standard Test Bedingungen (STC) belegen, entfalten strukturierte Frontgläser ihr volles Potential nicht bei senkrechter Einstrahlung. Um die elektrische Leistung bei flachen Einfallswinkeln zu untersuchen werden out-door Messungen durchgeführt. Es zeigt sich, dass Solarmodule mit strukturierten Frontgläsern eine erhöhte elektrische Leistung bei flachen Einfallswinkeln haben. Bei Solarmodulen mit strukturierten Frontgläsern und strukturierten Zellverbinder konnte erstmals gezeigt werden, dass sich beide Technologien gegenseitig ergänzen. Eine Kombination der beiden Technologien steigert den elektrischen Ertrag um rund drei Prozent.



Wöckel, Julia;
Bewertung und Entwicklung von Prüfmethoden zur objektiven Beschreibung der Haptik und der Struktur von Lederoberflächen. - 144 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2012

In der Automobilindustrie steht Qualität und Kundenzufriedenheit an erster Stelle. Vor allem im Fahrzeuginnenraum steht der Kunde im ständigen Kontakt mit den unterschiedlich verarbeiteten Materialien. Dabei kommt heutzutage besonders in der Oberklasse im Bereich der Schalttafel Leder zum Einsatz. Allerdings steht die Analyse der Haptik von Lederoberflächen noch am Anfang ihrer Forschung. Die Haptik von Leder als wichtiger Bestandteil der Wertigkeit wird bisher subjektiv durch den Automobilhersteller beurteilt. Folglich soll nun eine Prüfmethode entwickelt werden, die den subjektiven Eindruck messtechnisch beschreibt. Weiterhin soll eine Prüfvorschrift aufgestellt werden. Diese beinhaltet eine geeignete Messmethode mit genau definierten Parametern und einem Toleranzbereich, in dem die Leder variieren können. Daraufhin sollen verschiedene Prüfaufbauten auf ihre Differenzierbarkeit und Reproduzierbarkeit untersucht werden.



Krause, Razvan;
Herstellung epitaktischer magnetostriktiver Eisen-Gallium-Schichten und Charakterisierung ihrer magnetischen Eigenschaften. - 56 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2012

Within the scope of this Bachelor thesis Fe-Ga layers were deposited by magnetron sputtering on MgO(100) substrate with different buffer layers. Fe-Ga exhibits a large magnetostriction. Therefore these thin layers are interesting for applications as microactuators and sensors in the future. The Fe100-xGax(x = 20, 25 at.% Ga) layers were sputtered with 70 W sputter power and pAr = 0,008 mbar at room temperature with thicknesses from 56 to 830 nm on Pt, Au, Cr and Cu buffers. The layers grow epitaxial with the A2 structure. In addition pyramidal artifacts are observed at the surface of all specimens. The dependence on the production parameters was analysed. It was shown that they are originated by {211}bcc twinning. XRD shows two different stressed epitaxial areas and sin measurements exhibit 1 GPa tensile stress in a layer on Pt and 0.8 GPa compressive stress on Au, while the twinned areas on Au have 0.5 GPa tensile stress. A model to the origin of the stresses was developed. Even though the magnetic properties of all layers are determined from their shape anisotropy, the portion of the twins changes effective anisotropy. The layers achieve in plane a saturation polarization JS = 1.6 T and a saturation field HS = 100 mT. JS and JR decrease with increasing Ga content and HC is rising.



Hühn, Carolin;
Evaluierung des Alignments für den SCIL-Prozess. - 59 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2012

In dieser Arbeit wurde eine Technologie vorgestellt, die sich schon seit längerer Zeit durch die Herstellung von monolagigen sub-Mikrometerstrukturen auszeichnet. Im Rahmen dieser Arbeit wurden zahlreiche Strukturabformungen mit unterschiedlichen Prägematerialien vorgestellt und ihre Abformmöglichkeiten anhand von erfolgreichen Beispielen dargelegt. Des Weiteren konnten für den organischen, epoxidhaltigen Photolack (DELO) Ätzversuche durchgeführt werden. Diese Ätzungen waren jedoch durch eine relativ starke Kantenabrundung der Strukturen geprägt. Es ist also nötig weitere Untersuchungen zu dessen Ätzverhalten durchzuführen, wobei der Ansatz von Fader et al. [19] genutzt werden kann. - Um den SCIL-Prozess auch für Multi-Layer-Technologien anwendbar zu machen, wurden Alignmentversuche durchgeführt. Dabei konnte gezeigt werden, dass der sequentielle Prägevorgang eine Verschiebung des Stempels in Prägerichtung verursacht und dass diese Verschiebung reproduzierbar ist. Aufgrund der Reproduzierbarkeit konnten Offset-Einstellungen, durch Verschiebung des Substrats um denselben Betrag, durchgeführt und damit Überdeckungsgenauigkeiten von 0 [my]m (unterhalb der Messgrenze) in x-Richtung und 0,75 [my]m in y-Richtung erreicht werden. In diesem Versuch wurde sich jedoch lediglich auf einen Alignmentmarker in der Mitte des Wafers bezogen. - Bei weiterführenden Versuchen wurde der Wafer mittels zweier Punkte zum Stempel justiert und die Verschiebung und Ausdehnung der Stempels für einen Streckenabschnitt von 10 cm untersucht. Dabei konnten Überdeckungsgenauigkeiten von unter 2 [my]m erzielt werden. Des Weiteren wurde deutlich, dass die Ausdehnung des Stempels von Prägung zu Prägung bis zu 1,8 [my]m auf einer Prägelänge von 10 cm. Mögliche Ursachen für Ausdehnungsschwankungen von Wafer zu Wafer können sein: Partikel auf der Waferoberfläche, Kanteneffekte und unterschiedliches Ausdehnungsverhalten aufgrund der Belichtungsbedingungen. - Die erzielten Alignmentergebnisse lagen im Erwartungsbereich und waren mit dem Stand der Technik vergleichbar. Die Alignmentgenauigkeit könnte mit weiteren Untersuchungen noch gesteigert werden. Zum Beispiel wäre es sinnvoll, die Abhängigkeit der Überdeckung/Stempelausdehnung von Druck und Prozessabstand zu überprüfen. Da der Kanteneffekt eine große Rolle spielt, ist auch die optimale Höheneinstellung von Chuck zu Wafer von großer Bedeutung. Eine genaue Höhenbestimmung mittels taktiler bzw. optischer Messsensoren könnte eine Verbesserung der Ergebnisse erzielen.



Du, Song;
Nanostrukturiertes Si als Anodenmaterialien für Li-Ionen-Batterien. - 74 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2012

Zwei Arten von nanostrukturiertem Silicium, nanoporöses Si und Si Nano-Säulen, wurden erfolgreich als Anodenmaterial für Lithium-Ionen-Batterien hergestellt. Metall-unterstütztes chemisches Ätzen (MaCE) wurde für die Herstellung diese Nanostrukturen genutzt. Hierzu wurden verschiedene Parameter untersucht, um deren Einfluß auf den MaCE-Prozess besser zu verstehen. In der Arbeit wurden die Zusammensetzung der Ätzlösung, das Dotierungsniveau des Siliciums, sowie die kristallographische Orientierung des Si-Substrates variiert. Die Ätzrate von Si verringert sich, wenn die Konzentration der gesamten aktiven Komponenten in der Ätzlösung erhöht wirde. Die Ergebnisse zeigen auch, dass die geätzte Struktur abhängig vom Molverhältnis Lamda = [HF] / ([HF] + [H2O2]) ist. Geordnete Si Nano-Säulen (nanoporöse Si-Nano-Säulen und Si Nano-Säulen mit nanoporöser Schale), wurden durch eine Kombination von Nanoimprint Lithographie und MaCE hergestellt. Die elektrochemischen Eigenschaften des nanostrukturierten Si für Batterieanwendungen wurden mittels Cyclovoltammetrie charakterisiert. Die Ergebnisse zeigen, dass die nanostrukturierten Si-Strukturen eine höhere Kapazität und eine bessere Stabilität gegenüber Bulk-Si aufweisen.



Ortlepp, Isabell;
Optimierung des tribologischen Kontakts Nockenwelle-Schlepphebel hinsichtlich Haft- und Gleitreibung durch Variation der Oberflächenbeschichtung und Oberflächentopographie. - 107 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2012

Die vorliegende Diplomarbeit gliedert sich in ein Vorentwicklungsprojekt der Dr. Ing. h.c. F. Porsche AG ein. Hintergrund ist die Umstellung der aktuellen Motorengeneration 9A1 auf die Motorengeneration 9A2, die in der siebten Generation des Porsche 911 zum Einsatz kommen soll. Schwerpunkt der Arbeit ist die Optimierung des Ventiltriebs mit dem Ziel der weiteren Reduktion von Reibverlusten vor allem bei niedrigen Drehzahlen. Startpunkt der Diplomarbeit war die Inbetriebnahme und Optimierung eines Tribologieprüftstandes, der in einer vorangegangenen Diplomarbeit konstruiert und aufgebaut wurde. Der Prüfstand soll korrelierbare Ergebnisse mit Komponentenprüfstands- und Dauerlaufversuchen unter starker Zeitraffung liefern. Dafür ist der erste Schritt die Ermittlung eines geeigneten Belastungskollektivs, das zu vergleichbaren Verschleißbildern führt. Unter Beleuchtung der Tribologie, Identifizierung der Funktionsflächen, Finden geeigneter Beschichtungssysteme und günstiger Oberflächentopographien werden Beschichtungsvarianten ausgewählt und auf dem Prüfstand erprobt. Anhand der Prüfstandsergebnisse sollen erste Verbesserungspotentiale durch zusätzliche Oberflächenbeschichtungen und Oberflächentexturierungen aufgezeigt werden.



Schleif, Beate;
Tribologische und werkstofftechnische Charakterisierung von kraftstoffgeschmierten Modellkontakten. - 60 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2012

Die Anforderungen an Einspritzpumpen für moderne Dieselmotoren steigen und die Kraftstoffmärkte ändern sich ständig. Deshalb ist es notwendig, das Verschleißverhalten kraftstoffgeschmierter Kontakte im Bauteil durch aussagekräftige Modellversuche abbilden zu können. In der vorliegenden Arbeit wird die Fresslast in Abhängigkeit von Kraftstoffgemisch, d.h. Art und Konzentration der Additive, Werkstoffpaarung und Gleitgeschwindigkeit untersucht. Die Messung erfolgt mit einem Zylinder-Kugel-Modellkontakt im Gleitverschleißprüfstand in Anlehnung an den Scuffing Load Ball-on-Cylinder Lubricity Evaluator (SLBOCLE) nach ASTM D 6078 (American Society for Testing and Materials). Als Vergleichswerte werden die Schmierfähigkeiten der Kraftstoffe aus dem High Frequency Reciprocating Rig (HFRR) -Versuch nach DIN EN ISO 12156-1 verwendet. Die entstandenen Verschleißspuren werden in Rasterelektronenmikroskop (REM) und Focused Ion Beam (FIB) analysiert. Die Fresslasten der Ring/Kugel-Paarung 21NiCrMo2-2/100Cr6 mit den Kraftstoffen korrelieren mit den Schmierfähigkeiten. Bei X105/100Cr6 konnten die Fresslasten sehr gut schmierender Kraftstoffe nicht gemessen werden. Für X90/100Cr6 besteht kein Zusammenhang zwischen Fresslast und Schmierfähigkeit. Die chemische Beständigkeit des X90 behindert die Oxidbildung und senkt so die Fresslast. Ein hoher Carbidanteil und eine feine -verteilung, sowie geringer Restaustenitanteil erhöhen die Fresslast. Bei 21NiCrMo2-2/100Cr6 und X105/100Cr6 wirken FAME besser als Ester und Säuren. Bei X90/100Cr6 wirken Ester besser als Biodiesel und Säuren. Durch Erhöhung der Additivkonzentration kann die Fresslast bis zu einem Sättigungswert gesteigert werden. Im untersuchten Bereich sinkt die Fresslast mit steigender Gleitgeschwindigkeit aufgrund von höherem Energieeintrag und Blitztemperaturen.



Vogel, Anneka;
Herstellung und Untersuchung von Mehrschichtsystemen aus TiAl und TiN als Ausgangspunkt für die Synthese der Ti2AlN MAX-Phase mittels Temperprozessen. - 114 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2011

Die Mn+1AXn - Phase Ti2AlN hat vielfältige Einsatzmöglichkeiten als Strukturmaterialien für Hochtemperaturanwendungen, Verschleißschutzschichten, elektrische Kontakte in aggressiven Umgebungen, Ersatz für zerspanbare Keramiken, Sensoren, sowie als Ersatz für Goldkontakte. Diese Arbeit befasst sich speziell mit der Herstellung und Untersuchung von Mehrschichtsystemen aus Ti-Al und TiN. Dabei soll es um die Anwendbarkeit dieser Schichtsysteme als Ausgangspunkt für die Synthese von Ti2AlN MAX-Phasen gehen. Das Mehrschichtsystem Ti-Al und TiN wurde mit Co-Magnetron- bzw. reaktivem Magnetronsputtern auf ein reines Siliziumsubstrat (100) aufgebracht. Dafür wurden Ti und Al co-gesputtert und TiN wurde mittels reaktiven Sputtern aufgebracht. Es kamen unterschiedliche Schichtfolgen und Einzelschichtdicken zur Anwendung. Als Einzelschichtdicken wurden zum einen 10nm beziehungsweise 2,5nm TiN und 17nm beziehungsweise 4nm Ti-Al ausgewählt. Die Auswahl der Schichtdickenverhältnisse erfolgte aufgrund von Stöchiometriebetrachtungen der Ausgangsphasen und der Endphase. Zum einen wurden Mehrschichtsysteme aus alternierenden Schichtfolgen beginnend mit Ti-Al gesputtert und zum anderen beginnend mit TiN, so dass eine Gesamtschichtdicke von 200nm erreicht wurde. Anschließend erfolgten Temperprozesse mittels Rapid Thermal Annealing und eines Quarzrohrofens. Das Tempern mit dem Rapid Thermal Annealing erfolgte bei Temperaturen von 600&ring;C, 700&ring;C, 800&ring;C und 900&ring;C als ein Nullsekundenprozess. Im Quarzrohrofen dagegen lag die Temperatur bei 700&ring;C, jedoch dauerte der Temperprozess hier eine Stunde. Danach wurden die Schichten auf elektrische Eigenschaften, Härte und Rauheit untersucht. Außerdem erfolgte die genaue Elementzusammensetzung mit dem Glimmentladungsemissionsspektroskopie Verfahren, sowie die Schichtdickenbestimmung. Die Phasenzusammensetzung der Proben wurde mit dem Röntgendiffraktometer bestimmt. Mittels des Röngtgendiffraktometers konnten die in den verschiedenen getemperten Proben entstandenen Phasen ermittelt werden. Es zeigte sich, dass bei den unterschiedlichen Temper-Temperaturen verschiedene Phasen vorliegen und die Anteile der Phasen sich ebenfalls mit zunehmener Temperatur verändern. Mit dem Glimmentladungsemissionsspektroskopie Verfahren wurde die Gesamtschichtdicke von 200nm bestätigt, sowie die enthaltenen Elemente in Atomprozent ermittelt. Die Zusammensetzung der ungetemperten Proben betrug 45at% Al : 30at% Ti : 25at% N. Die Oberflächenrauheit nimmt mit steigendem Temperatureintrag zu. In drei dimensionalen Darstellungen sind die Unterschiede der Oberflächenstruktur verdeutlicht. Die spezifische elektrische Leitfähigkeit nimmt auch mit steigender Temperatur zu. Die ungetemperten Proben weisen alle den selben Wert auf. Bei der Härtemessung fanden zwei Verfahren ihre Anwendung. Zum einen wurde die Härte über die Standard Methode gemessen und zum anderen über den Enhanced Stiffness Procedure (ESP) Modus. Außerdem wurde an der Enhanced Stiffness Procedure Kurve ein Fit nach Puchi-Cabrera durchgeführt. Es konnte die MAX-Phase in der Probe Ti-Al 4nm und TiN 2,5nm bei 900&ring;C mit dem Rapid Thermal Annealing getempert, festgestellt werden. In allen anderen Proben konnte die MAX-Phase Ti2AlN mit dem Röntgendiffraktometer nicht analysiert werden. Dagegen wurde mit der Glimmentladungsemissionsspektroskopie eine Diffusion des Silizium-Substrates in die Schichten bemerkt. Aufgrund dieser Silizium-Diffusion entstanden TiSi-Phasen. Anscheinend wurde durch die Verbindung des Titans mit Silizium die Bildung von Ti2AlN behindert. Jedoch weisen die Proben mit den entstandenen Titan-Silizium Phasen eine gute elektrische Leitfähigkeit auf, welche mit steigender Temper-Temperatur zu nimmt. Die Leitfähigkeiten sind indessen niedriger als von Ti2AlN. Dagegen sind die Härtewerte höher als von Ti2AlN.



Wolter, Christian;
Defektanalyse an amorphen und mikrokristallinen Siliziumschichten und deren Wirkung in Dünnschichtsolarzellen. - 70 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2011

Das Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung auf Defekte an mikromorphen Tandemsolarzellen, welche in einem industriellen Prozess hergestellt werden. Besonderes Augenmerk liegt dabei auf der Bildung von Cracks im myc;c-Si:H-Absorber, welche an den Korngrenzen entstehen und gebundenen Sauerstoff enthalten. Mithilfe von Verfahren wie der VIM- und der FIB-Analyse sollen Abhängigkeiten der Crackbildung von Kristallinität und Schichtdicke der intrinsischen mikrokristallinen Siliziumschicht, sowie vom Aufwachssubstrat aufgezeigt werden. Durch das Anheben von Kristallinität und/oder Schichtdicke wird die Gesamtoberfläche der Kristalle in der Schicht angehoben, wodurch eine erhöhte Entstehungswahrscheinlichkeit der Cracks gegeben ist. Die VIM-Untersuchungen zeigen eine abnehmende Tendenz des Shuntwiderstands mit zunehmender Kristallinität. Einen Anstieg der Crackdichte bei größer werdender Kristallinität ergeben die FIB-Untersuchungen. Damit wird eine Abhängigkeit der Defektbildung von der Kristallinität des myc-Si:H-Absorbers aufgezeigt. Dadurch sinkt der Füllfaktor und somit auch der Wirkungsgrad einer Solarzelle bei steigender Crackdichte. Die Variation der Schichtdicke zeigt keine Auswirkung auf die Defektbildung. Somit hat die vertikale Ausdehnung der Körner keinen Einfluss auf die Entstehung von Cracks. Dagegen hat das Aufwachssubstrat einen enormen Einfluss. Bei allen Veränderungen der Struktur unterhalb der myc-Si-Schicht wird eine erhöhte Crackdichte festgestellt. Das Aufwachsen von mikrokristallinem Silizium auf amorphem Silizium erzeugt die wenigsten Cracks. Oxidhaltige Substrate fördern die Crackbildung, wodurch der Einsatz einer Zwischenreflektorschicht aus einem Oxid in Frage zu stellen ist.



Morgenbrodt, Sören;
Restaustenitbestimmung und Strukturuntersuchung an plasmagespritzten Duplexschichten und austgetemperten Sphäroguss. - 166 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Diplomarbeit, 2011

Der Gehalt an Restaustenit beeinflusst maßgeblich die mechanischen und chemischen Eigenschaften von Konstruktionselementen. So hat der Austenit ebenso Einfluss auf die Schwingfestigkeit und Korrosionseigenschaften von Eisenlegierungen. Die Bestimmung dieses Gefügebestandteils spielt in der Qualitätskontrolle wie in werkstoffwissenschaftlichen Untersuchungen eine große Rolle. Diese Arbeit befasst sich mit der Untersuchung von austgetemperten Sphäroguss (ADI) und Duplexstahl mit Hilfe der Wirbelstrommethode, der magnetinduktiven Methode, der Mössbauerspektroskopie, der Metallographie sowie der Röntgen- und Neutronenbeugung. Ein weiterer Bestandteil ist die Element- und Texturbestimmung des M1-0146 Kalibriersatzes der HELMUT FISCHER GmbH. Die Ergebnisse der angewendeten Verfahren zeigen zwar den gleichen Trend in der Austenitkonzentration, der Betrag der Messwerte ist jedoch sehr unterschiedlich. Anhand der Ergebnisse ist zu erkennen, dass die Metallographie für eine Quantifizierung aufgrund der mangelnden Separation des Austenit von anderen Gefügebestandteilen ungeeignet ist. Eine Vergleichbarkeit der Methoden ist zudem nur bedingt gegeben, da die Verfahren den Austenit in unterschiedlichen Einheiten berechnen.



Scheibe, Stefan;
Phasenanalyse mit EBSD im System Gold-Aluminium. - 90 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2010

Die folgende Arbeit befasst sich mit der Charakterisierung des Wachstums von intermetallischen Gold/AluminiumPhasen mit Hilfe von EBSD. Dafür werden einerseits Golddrahtbondverbindungen auf Aluminiumschichten, als auch Aluminiumdrahtbondverbindungen auf Goldsubstraten für EBSD zielgerichtet präpariert. Zusätzlich soll das Phasenwachstum verschiedenartig zusammengesetzter Gold/AluminiumSchichtsysteme untersucht werden. Mittelpunkt der Arbeit ist es, bisherige Untersuchungsergebnisse zu uberprüfen, gegebenenfalls zu korrigieren oder zu erweitern. Dabei werden die vielfältigen Möglichkeiten der EBSDUntersuchung herausgestellt und zur Beschreibung der Mikrostruktur der intermetallischen Phasen genutzt.



Hoffmann, Bianka;
Optimierungsversuche zur Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit und der Festigkeit von Mischsystemen hergestellt aus hochdestillierten Pechen und Mesophasenpechen. - 136 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2010

In dieser Arbeit "Optimierungsversuche zur Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit und der Festigkeit von Mischsystemen hergestellt aus hochdestillierten- und Mesophasenpechen" sollen die physikalischen Eigenschaften von schlickergegossenen Bauteilen verbessert werden, besonders die elektrische und thermische Leitfähigkeit. In einigen Anwendungen, speziell im Bereich Tiegel für Elektronenstrahlverdampfungsanlagen oder induktionsbeheizte Tiegel, reichen derzeit die thermischen und elektrischen Eigenschaften von schlickergegossenen Bauteilen nicht aus. Die Thermoschockbeständigkeit ist zu gering und die Bauteile überstehen selten einen Auf- und Abheizzyklus oder der elektrische Widerstand ist zu hoch und die eingespeiste Leistung genügt nicht zum Schmelzen des Metalls. Die Idee hinter dieser Arbeit ist, zwei unterschiedliche Pechtypen zu mischen und somit die Werkstoffoptimierung vorzunehmen. Hochdestillierte Peche bringen dabei eine hohe Festigkeit und Mesophasenpeche eine hohe Wärmeleitfähigkeit. Die hochdestillierten Peche werden mit 25 %, 50 % und 75 % Mesophasenpech gemischt, in einen Schlicker überführt und in Gipsformen gegossen. Dabei werden zwei unterschiedliche Probentypen erhalten- Pillen für die Charakterisierung des Brennverhaltens der Proben und Platten für die Bestimmung der physikalischen Eigenschaften. Die erhaltenen Proben werden getrocknet, die Platten anschließend carbonisiert, graphitiert und zerschnitten, um die jeweiligen Probendimensionen für die unterschiedlichen Messverfahren zu erhalten, wie zum Beispiel Vier- Punkt- Biegeprüfung, Quecksilber- Porosimetrie, RFA und die Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit und elektrischen Leitfähigkeit. Mit Hilfe der Penetrationsmessung, eine neu eingeführte Messmethode zur Charakterisierung des thermomechanischen Verhaltens, werden die grünen schlickergegossenen Pillen analysiert. Ziel dieser Arbeit ist es, eine Mischung mit guten thermischen und elektrischen Eigenschaften bei gleichzeitig guten Festigkeiten zu finden. Somit wäre es möglich für jede Anwendung die Eigenschaften, durch Mischen von unterschiedlichen Ausgangspechen, maßzuschneidern.



Lotz, Sebastian;
Erzeugung einer homogenen Aluminiumdotierung in Silizium durch eutektische Legierungsbildung. - 100 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2010

Seit Beginn der industriellen Fertigung von Solarzellen gibt es fortlaufende Bemühungen den Wirkungsgrad zu steigern und gleichzeitig die Herstellungskosten zu senken. Die in dieser Arbeit untersuchte Methode zur Erzeugung einer p+ Dotierung in monokristallinen Siliziumsubstraten, unter Verwendung physikalisch abgeschiedener Aluminiumschichten, ermöglicht im Gegensatz zum derzeitigen Stand der Technik eine zukünftige Reduktion der Substratdicke, da die Durchbiegung (Bow) verringert werden kann. Der Einsatz einer Abdeckschicht, die auf die dünne Aluminiumschicht durch Siebdruck aufgebracht wird, erlaubt eine zusätzliche Reduktion des Bows. Mit einer Bestimmung der Leerlaufspannung sowie der Ladungsträger-Lebensdauer kann gezeigt werden, dass die Abdeckung den Dotierprozess nicht nachteilig beeinflusst. Entsprechend theoretischen Überlegungen basierend auf dem binären Aluminium-Silizium Phasendiagramm, kann das Dotierprofil durch eine Änderung der Aluminiumdicke sowie der Prozesstemperatur gezielt beeinflusst werden. Daneben wird durch eine Auswahl geeigneter Maßnahmen eine Verbesserung der Homogenität der dotierten Schicht angestrebt. Zur Charakterisierung werden Schichtwiderstandsmessungen und REM-Untersuchungen durchgeführt. In einem weiteren Untersuchungsfeld werden verschiedene Ätzlösungen erprobt, mit dem Ziel das Eutektikum sowie Rückstände und Ausscheidungen auf der Oberfläche der dotierten Schicht möglichst effektiv zu entfernen. Auf Basis der erarbeiteten Technologie werden abschließend Solarzellen mit p- sowie n-Typ Substraten produziert und durch Messung ihrer Kennlinie charakterisiert.



Grosch, Stefan;
Untersuchung von Oberflächen von Silizium-Wafern mittels Laserreflexion. - 75 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2010

Die Bachelorarbeit beschäftigt sich mit der Oberflächenanalyse monokristalliner Siliziumwafer. Für die durchgeführten Versuche wurde ein Laserreflexionsaufbau erstellt. Ein Zusammenhang zwischen Oberflächenstruktur und Reflexionsbild wurde nachgewiesen. In Ansätzen wurde versucht eine mathematische Beschreibung des Reflexionsbildes bei variierender Oberflächenstruktur zu erstellen. Über die Schwankungen der aufgenommenen Messwerte ist versucht worden die Tauglichkeit als sinnvolles Messsystem abzuschätzen um die Oberfläche korrekt zu charakterisieren. Im angefertigten Messaufbau sind die Schwankungen so groß, dass eine genaue Analyse nur bedingt möglich ist und somit im Ausblick auf mögliche Verbesserungen eingegangen wird.



Fischer, Andreas;
Systematische Untersuchungen zur Herstellung von transparenten und leitfähigen Oxidschichten (TCO) unter Variation der Herstellungsparameter. - 85 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Diplomarbeit, 2010

Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Herstellung von transparenten und leitfähigen Zinkoxidschichten durch Magnetronsputtern. Beim Sputtern mit keramischen Targets wurde der Einfluss von Schichtdicke, Leistung, Prozessdruck, Sauerstoffanteil in der Prozessatmosphäre, Dotierung und Temperatur auf optische und elektrische Schichteigenschaften untersucht. Auch die Auswirkungen von Temperaturbehandlung, Feuchtigkeit und Lagerung wurden untersucht. Stichworte: PVD; VSM; Transmission; TCO; AZO; Sauerstoffkonzentration; Temperatur; Temperaturbehandlung; Druck; Dotierung; Alterung; AFM; Leistung; XRD; UV; VIS; NIR



Lorenz, David;
Herstellung und Charakterisierung von Titannitrid-Schichten für trockene EEG-Elektroden. - 79 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Diplomarbeit, 2009

In der vorliegenden Arbeit wird die Bestimmung der Prozessparameter für die Herstellung von Titannitridschichten, die Charakterisierung der Schichten, sowie deren Anwendung als Schichtmaterial für EEG-Elektroden beschrieben. Die Schichten werden auf einer LAB 500 Magnetronsputteranlage der Firma Leybold mit Magnetronsputterquellen der Firma Ionx hergestellt. Die Herstellung der Schichten erfolgt auf zwei Wegen. Dem reaktiven rf-Magnetronsputterprozess und dem ARC-Verfahren. Die Ergebnisse der beiden Herstellungsverfahren werden miteinander verglichen. Schlüsselworte: - Titannitrid - Messverfahren: Lineare van-der-Pauw, REM, XRD, GDOS, ESP-Mikrohärtemessung, Hall-Messung, Schichthaftung - Kriterium für Schichtcharakterisierung: spezifischer elektrischer Widerstand



Grieseler, Rolf;
Untersuchung zur Phasenausbildung von Metallsiliziden durch PVD und Temperprozesse besonders das Platin-Silizium-System. - 61 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2009

Diese Arbeit befasst sich mit der Herstellung und Untersuchung der Eigenschaften von Platinsiliziden. Dabei wurden verschiedene Herstellungsmethoden verwendet. Zunächst wurde Platin und Silizium auf ein Siliziumsubstrat mittels Magnetronsputtern aufgebraucht. Dabei wurden verschiedene Schichtfolgen verwendet. Zum einen wurde eine Silizium- und eine Platinschicht von jeweils 100nm Dicke hergestellt, zum anderen wurde ein Mehrschichtsystem aus fünf Schichten mit alternierender Schichtfolge gesputtert. Anschließend wurden die Schichten auf drei verschiedene Arten getempert. Es wurden Rapid Thermal Annealing (RTA), Pulsed Laser Annealing (PLA) und das Tempern in einem Quarzrohrofen genutzt. Das Tempern wurde in einem Temperaturbereich von 400&ring;C bis 900&ring;C durchgeführt. Anschließend wurden die so entstandenen Schichten auf ihre elektrischen Eigenschaften hin untersucht. Hierbei zeigte sich, dass es möglich ist, den spezifischen Widerstandes in Abhängigkeit von der Temperatur in drei Bereiche einzuteilen. Diese drei Temperaturbereiche waren einmal die ungetemperte Probe, dann von 400&ring;C bis 650&ring;C und schließlich 700&ring;C bis 900&ring;C. Diese Einteilung ist exakt nur für die RTA getemperten Proben zulässig, bei den QRO getemperten Proben liegt die Temperatur etwa 50K unterhalb dieser.Die Dreiteilung konnte mit Hilfe der Röntgendiffraktometrie (XRD) den Phasenumwandlungspunkten im Zweistoffdiagramm zugeordnet werden. Weiterhin wurde der prozentuale Massenanteil der einzelnen Phasen in der Schicht mit Hilfe des Programms TOPAS bestimmt. Als besonders auffällig zeigte sich dabei die Probe, die aus dem Mehrschichtsystem mit Silizium als Deckschicht bestand. Diese zeigte trotz des höheren Siliziumanteils des Ausgangsschichtsystems im getemperten Zustand bei 400&ring;C eine Phase als Hauptbestandteil, die wesentlich mehr Platin enthält. Ebenfalls konnte diese Probe mit dem Mehrschichtsystem und Silizium als Deckschicht als einzige mit Pulsed Laser Annealing getempert werden. Mit dem Transmissionselektronenmikroskop wurden schließlich Untersuchungen zur Durchmischung und Schwindung der Schichten durchgeführt.



Lauberbach, Konrad;
Technische und kommerzielle Einflussfaktoren von Seltenerdmagneten auf die Motoren für die Verstellungen in Sitz und Fensterheber. - 109 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2009

Die vorliegende Arbeit wurde am Institut für Werkstofftechnik im Fachgebiet Werkstoffe der Elektrotechnik an der Technischen Universität Ilmenau erstellt. Die Arbeit beschreibt ausgehend von den Grundlagen des Magnetismus, den Eigenschaften von Dauermagneten und deren Auswirkungen auf Leistungsmerkmale von Elektromotoren die unterschiedlichen Arten von Seltenerdmagneten in Verbindung mit ihren Vor- und Nachteilen. Hierbei werden sowohl unterschiedliche Werkstoffpaarungen wie etwa Neodym, Eisen und Bor oder auch Samarium und Kobalt als auch verschiedenste Fertigungsverfahren, die sich entsprechend den Herstellungsschritten Legierungsherstellung, Pulvererzeugung und Formgebungsverfahren gliedern, detailliert vorgestellt. Darüber hinaus werden die technischen Möglichkeiten aufgezeigt, die mit dem Einsatz kunststoffgebundener, gesinterter, isotroper und anisotroper Magnetqualitäten einhergehen. Dabei wird weniger die Leistungserhöhung als eine konsequente Volumen- und Gewichtsreduktion in den Vordergrund gerückt und stets der Vergleich mit Ferritmagneten gezogen. Weiterhin werden auch grundlegende Vor- und Nachteile gegenüber herkömmlichen Dauermagneten herausgearbeitet, zukünftige Entwicklungsmöglichkeiten aufgezeigt und eine den brosespezifischen Anforderungen gerechte Bewertung verschiedener Alternativen mittels einer Nutzwertanalyse erstellt. Im zweiten Teil der Arbeit werden zunächst die globalen Vorkommen der Rohstoffe beleuchtet bevor auf die Strukturen der Supply Chain eingegangen wird. Neben einer Darstellung der Patentsituation auf dem Markt der Seltenerdmagnete wird auch ein Ausblick auf die Entwicklung der entsprechenden Rohstoffmärkte gegeben. Schließlich soll eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung ein Werkzeug schaffen, mit dem die Gewinnschwelle für den Einsatz von Seltenerdmagneten in unterschiedlichen Motoranwendungen ermittelt werden kann.



Hopfeld, Marcus;
Untersuchungen zu adaptiven Oberflächen mit NTE-Keramik für Hochtemperaturanwendungen - Pulvercharakterisierung. - 64 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Diplomarbeit, 2009

Das Projekt "Hochtemperatur-Funktionalisierung von adaptiven Oberflächen-Mikrostrukturen - "Haifischhaut" und "Lotus"-Effekt", welches von der Deutschen Forschungsgemeinschaft e.V. im Rahmen des Schwerpunktprogramms 1299 (Haut) gefördert wird, beschäftigt sich mit der Entwicklung von strukturierbaren, sich selbst reinigenden und den Strömungswiderstand optimierenden Beschichtungen. Eine Zielstellung dieser Entwicklungen ist die Verwendung derartiger Schichten in Flugzeugturbinen. Durch die geforderten Schichteigenschaften können ökonomische und ökologische Vorteile, wie z.B. die Verringerung des Wartungsaufwands und die Senkung des Kraftstoffbedarfs genutzt werden. Im Rahmen des Projektes befasst sich diese Arbeit mit Untersuchungen der Synthese einer Keramik mit negativem Ausdehnungskoeffizienten (Y2W3O12) innerhalb einer Superlegierung auf Co-Basis mit positivem Ausdehnungskoeffizienten. Der Syntheseprozess aus den Ausgangspulvern Y2O3 und WO3 sowie der Einfluss von deren Partikelgrößenverteilungen werden untersucht. Darüber hinaus wird das thermische Verhalten von unterschiedlichen angefertigten Mischungen aus Y2O3, WO3 und einer CoNiCrAlY-Legierung analysiert. Dies erfolgt im Hinblick auf die Keramiksynthese und den vorgesehenen thermischen Spritzprozess. Es erfolgen qualitative und quantitative Beschreibungen der vorhandenen sowie der entstehenden Phasen. Die Ergebnisse der umfangreichen Untersuchungen werden mit Ansätzen für die Weiterentwicklung adaptiver Oberflächen verknüpft.



Tümmler, Michael;
Röntgenografische Spannungsuntersuchungen an Schichtsystemen. - Online-Ressource (PDF-Datei: XII, 88 S., 3,81 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diplomarbeit, 2009
Enth. außerdem: Thesen

Im ersten Teil dieser Arbeit werden die verschiedene Spannungsmessmetoden mittels Röntgendiffraktometrie miteinander verglichen und analysiert. Im folgenden sind diese im Rahmen der Erprobung eines Biegemoduls innerhalb eines Diffraktometers an Hartmetallschichtsystemen verifiziert wurden. Der zweite Teil dieser Diplomarbeit befasst sich mit den verschiedenen Möglichkeiten der experimentellen Bestimmung von tiefenveränderlichen Eigenspannungszuständen in Hartstoffschichten. Ziel ist es, einachsige Eigenspannungstiefenverteilungen im intermediären Bereich zwischen der Werkstoffoberfläche und dem Volumen zu ermitteln, einem Bereich, der mit den konventionellen Röntgenbeugungsverfahren nicht mehr zu erfassen ist. Im Rahmen einer Recherche werden zunächst die zur Verfügung stehenden experimentellen Methoden der Eigenspannungsgradientenermittlung zusammengestellt und in ihren wichtigsten Eigenschaften dargelegt. Besonderen Wert wird in der Arbeit auf die Untersuchung mit der Methode "multiple hkl" gelegt, welche es erlaubt, Spannungsgradienten in Materialien zu untersuchen. Hierbei werden die Proben unter verschiedenen festen Einstrahlwinkeln über einen Detektorscan untersucht und die somit erhaltenen Spannungswerte können im Anschluß als Verlauf gegenüber der Eindringtiefe der Röntgenstrahlung aufgetragen werden. Das untersuchte Material in der Arbeit betrifft die Hartstoffschichten aus TiCN, Al2O3 mit CVD aufgebracht und TiAlN welches mit PVD aufgebracht wurden ist.



http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=12226
Beyer, Matthias;
Ölvergleichstest an Axialzylinderrollenlagern unter Beachtung der Veränderungen im Gefüge. - 84 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2008

Im Rahmen dieser Diplomarbeit wird ein Ölvergleichstest auf dem Wälzlagerschmierstoff-Prüfgerät FE8 der DIN 51819 nach dem ZF-Pittingtest durchgeführt. Der Aufbau der Prüfmaschine FE8 wird kritisch unter der Einbeziehung der zu realisierenden und einzuhaltenden Prüfbedingungen diskutiert und so umgerüstet, dass die messbaren Bedingungen über der Laufzeit der Prüfläufe konstant gehalten werden können. - Für die Prüfläufe werden Lager der Baureihe 81212 aus dem Wälzlagerstahl $100Cr6$ mit vergleichbarer Oberflächenqualität aus einer Gesamtheit von Lagern ausgewählt. Die ausgewählten Lager werden mit den Prüfbedingungen nach dem ZF-Pittingtest mit zwei unterschiedlichen Prüfölen bis zum Ausfall belastet. - Die statistische Auswertung zeigt eine höhere Laufzeit der Lager bei dem Prüföl I. Da sich aufgrund stark streuende Prüfzeiten bei dem Prüföl I die Vertrauensbereiche vermutlich überschneiden, ist die Aussage allerdings unter diesem Gesichtspunkt zu betrachten. Zusätzlich ist die unterschiedliche Qualität der Prüflager zu beachten. - Bei darauf folgenden werkstofftechnischen Untersuchungen sind weiss angeätzte Rissen in ausgefallenen Scheiben des Prüföls II erkennbar. Nach den Prüfläufen mit dem Prüföl I konnte im Rahmen dieser Arbeit kein weiss angeätzter Riss gefunden werden.



Bienger, Pierre;
Reproduzierbare Bereitstellung verschiedener Precursoren für den PECVD-Prozess. - 81 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2008

Im ersten Teil der vorliegenden Diplomarbeit wird die Konstruktion eines Ferrocenverdampfers beschrieben. Dieser ist in der Lage, den Precurser ohne Resublimation in die Prozesskammer einzuleiten. Dadurch ermöglicht er die Abscheidung eisenhaltiger DLC-Schichten über den PECVD-Prozess. - In anschließenden Versuchen wird die Reproduzierbarkeit des Abscheidungsprozesses bestimmt. Die auf diese Weise abgeschiedenen eisenhaltigen DLC-Schichten werden auf Eigenschaftsänderungen in Abhängigkeit des Eisenanteils der Schicht untersucht. - Die Entwicklung eines Versuchsaufbaues zur praxisnahen Abscheidung von hydrophoben und hydrophilen DLC-Schichten auf Nanodrucksieben wird im zweiten Teil der Arbeit durchgeführt. Die dafür benötigten Prozessparameter werden experimentell bestimmt. Durch die Modifizierung der Oberflächenenergie der DLC-Schicht verbessert sich die Druckqualität. Außerdem wird die Anzahl der Schaltungen pro Fläche erhöht.



Wulf, Sven-Erik;
Untersuchungen zum mechanischen Verhalten nanoskaliger WC/C-Schichten. - 93 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Diplomarbeit, 2007

In der Industrie sind Wolframkarbid/Kohlenstoff Beschichtungen als reibungs- und verschleißarme Schichten erfolgreich im Einsatz. Diese werden unterschieden in Nanodispersionsschichten (nanocomposites), in denen nanokristalline WC-Körner in eine Kohlenstoffmatrix eingebettet sind, und in Schichten mit einem periodischen Schichtaufbau aus abwechselnden Wolframkarbid- und Kohlenstoffschichten. Die in der Industrie eingesetzten Multilayerschichten weisen keine scharfen, sondern kontinuierliche Übergänge zwischen den Einzellagen auf. In der vorliegenden Arbeit werden gesputterte WC/C-Multilayerschichten mit scharfen Grenzflächen und unterschiedlichem Schichtaufbau auf ihr tribologisches Verhalten hin untersucht. Dabei liegt der Schwerpunkt auf der Charakterisierung des mechanischen Verhaltens bei hohen Hertz'schen Kontaktdrücken zwischen 0,6 GPa und 0,9 GPa. Zum Vergleich werden zusätzlich Schichten aus amorphen Kohlenstoff (a-C), aus WC1-x und eine WC/C-Nanodispersionsschicht untersucht. Dazu werden tribologische Messungen mit einem Mikrotribometer durchgeführt, wobei durch Variation der Messzeit das Kurzzeit- (2,5 h) und das Langzeitverhalten (ca. 7 h) ermittelt wird. Das Reibverhalten der unterschiedlichen Schichten wird miteinander verglichen. Über Untersuchungen im Rasterelektronenmikroskop werden Aussagen über den Zustand der Kontaktzonen, von Grund- und Gegenkörper bezüglich des Verschleißes getroffen. Über profilometrische Messungen an den bei den Langzeitversuchen erzeugten Verschleißspuren werden mittlere Verschleißtiefen und spezifische Verschleißraten für die untersuchten Schichten ermittelt und in Bezug auf den Schichtaufbau miteinander verglichen. Aus den ermittelten Verschleißdaten werden zwei Proben ausgewählt, von welchen Querschnitte in einem FIB-System erzeugt werden sollen, um so über TEM-Aufnahmen weitere Aussagen über das mechanische Verhalten treffen zu können. Bei den Kurzeitversuchen zeigt sich, dass die Reibeigenschaften abhängig vom Schichtaufbau sind, wobei die ermittelten Reibungskoeffizienten in einem Bereich zwischen 0,13 und 0,24 liegen. In den Langzeitversuchen ist bei den meisten Schichten Verschleiß aufgetreten. Es wurden spezifische Verschleißraten zwischen 10-8 und 10-6 mm3/Nm je nach Schichtaufbau ermittelt. Der Verschleiß sowie beobachtete Transferfilmbildungen beeinflussen das Reibverhalten der unterschiedlichen Schichten.



Hoschke, Björn;
Der Einfluss von voreingestellten Eigenspannungszuständen auf das Verschleißverhalten von beschichteten Hartmetallwerkzeugen. - 80 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2006

In der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss von Eigenspannungen auf das Verschleißverhalten von TiAlN beschichteten Fräswerkzeugen untersucht. Es wird vermutet, dass ein kleiner Unterschied zwischen Schicht- und Substratspannungen zu besonders guten Zerspanleistungen führt. Daher war Ziel der Arbeit Ds zu ermitteln und Korrelationen mit durchgeführten Schneidtests zu finden. Die Ermittlung der Eigenspannungen erfolgte röntgenographisch mit dem sinøPsi-Verfahren. Erwartungsgemäß kam es dabei zu einem Anstieg der Druckeigenspannungen mit stärkerer Strahlbehandlung. In den geschliffenen Wendeschneidplatten konnten die durch das Schleifen eingebrachten inneren Druckspannungen nachgewiesen werden. Nach der Spannungsmessung wurden die Substrathartmetalle mit einem Sputter- bzw. einem Arc-Prozess mit TiAlN beschichtet. Nach der PVD-Beschichtung wurden die Spannungen im Substrat sowie der Schicht ermittelt. Interessant war die Abhängigkeit der Schichtspannungen von der Strahlvorbehandlung. Dies wurde auf die unterschiedlichen Oberflächenrauheiten nach dem Strahlen zurückgeführt. Im Hartmetallsubstrat konnte ein Spannungsabbau während des Beschichtens durch die thermische Belastung nachgewiesen werden. In einem ersten Schneidtest, dem so genannten Igeltest, ein erstes mal auf ihr Schneidverhalten getestet. Dabei konnte keine Abhängigkeit der Schichthaftung von der Strahlvorbehandlung festgestellt werden. Bei den Frästests wurden Unterschiede zwischen den zwei Beschichtungen festgestellt. Bei der ALOXSNø-Schicht konnten durch das Strahlen kaum positive Einflüsse auf die Standzeit beobachtet werden. Teilweise kam es sogar zu einer Verringerung der Standzeit. Hohes Optimierungspotential ist nicht zu erkennen. Die C9-Schicht schnitt bei den Tests gegenüber der ALOXSNø-Schicht in der Regel besser ab. Bei den C9 beschichteten WSP konnte in allen drei Tests eine Erhöhung der Standzeit ermittelt werden. Bei dieser Beschichtungsvariante besteht offensichtlich noch Optimierungspotential. Dabei müssen, aufgrund der komplexen Einflüsse der Vorbehandlung, des Beschichtens und des Zerspanens, unterschiedliche Schicht-Substratkombinationen unabhängig voneinander untersucht werden.