Direkt abgeformte Betonbauteile für Präzisionsanwendungen im Maschinen- und Gerätebau. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2023. - 1 Online-Ressource (XIII, 168 Seiten). - (Berichte aus dem Institut für Maschinen- und Gerätekonstruktion (IMGK) ; Band 40)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2023
Präzisionssysteme können durch die Verwendung von Werkstoffen mit dem gleichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten thermisch stabil realisiert werden. Häufig wird Naturstein für Präzisionsanwendungen verwendet, da dieser sehr fein bearbeitet werden kann, thermisch sowie mechanisch langzeitstabil und korrosionsbeständig ist. Die Gestaltungmöglichkeiten sind jedoch durch die kostspielige und zeitaufwendige Bearbeitung stark eingeschränkt. Ein vielversprechender Ansatz zur Herstellung von Präzisionsbauteilen für die gesamte Maschinenstruktur ist die Verwendung von speziellen selbstverdichtenden Betonen (SCC=Self Compacting Concrete). Mit Beton als Alternativmaterial können vergleichbare mechanische Eigenschaften erzielt und wesentliche Gestaltmerkmale urformend hergestellt werden. Durch die niedrigen Materialkosten amortisieren sich die Werkzeugkosten schon bei kleinen Losgrößen. Teile aus SCC weisen im Herstellungsprozess ein zeit- und klimaabhängiges Schrumpfen und Quellen auf, womit Änderungen in der Bauteilgestalt verbunden sind. Allerdings konnte die Stabilisierungszeit beim Aushärteprozess deutlich verkürzt werden. In einer Langzeitstudie über fast zehn Jahre wurde eine mit Naturstein vergleichbare Formstabilität belegt. Darüber hinaus wurde eine Simulationsmethode entwickelt, um die Formänderung komplexer Geometrien vorherzusagen. Mit diesem Werkzeug kann eine Schalungsgeometrie entwickelt werden, die zu einem Fertigteil führt, welches annähernd der idealen Geometrie entspricht. SCC kann auch als alternatives Material für Teile mit hoher spezifischer Steifigkeit in beweglichen Maschinenstrukturen eingesetzt werden. Um eine mit Stahl- oder Aluminiumleichtbauteilen vergleichbare Zuverlässigkeit zu gewährleisten, muss die Betriebsfestigkeit verbessert werden. Der Einsatz von Stahl– oder Kohlefasern als Bewehrung ist nicht sinnvoll, da diese zu inhomogenem thermischen Verhalten führen. Alternativ kann eine Armierung durch die Aufbringung von organo–funktionellen Beschichtungen mit erhöhter Zugfestigkeit erfolgen. Die Wirkungsmechanismen und Zusammenhänge mit der Dauerfestigkeit wurden analysiert, um eine experimentelle Methode zur Bestimmung des Beschichtungseinflusses zu entwickeln. Abschließend erfolgt die Übertragung der Ergebnisse auf ein Verfahren zur Vorhersage der Betriebsfestigkeitssteigerung von beschichteten Betonbauteilen mit beliebiger Geometrie.
https://doi.org/10.22032/dbt.59146
Advanced 3D cell culturing and monitoring system. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2023. - 1 Online-Ressource (213 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2023
Die vorgelegte Doktorarbeit stellt ein 3D-Zellkultursystem mit einem vollautomatisierten analytischen, biochemischen Assay und vollautomatisierter Kultivierung mit Mediumwechsel vor. Dieses integrierte Kultivierungs- und Analysesystem wurde in dieser Arbeit mit 3D-Hepatozytenkulturen in Polycarbonat-MatriGrid®-Gerüsten für das 3D-Wachstum von Zellkulturen prototypisiert. Das System perfundiert MatriGrid- Kulturen kontinuierlich mit Wirkstoff-ergänztem Medium und führt bei Bedarf eine Bewertung der Wirkstofftoxizität durch Beobachtung und Messung der Konzentration eines Indikators, des Biomarkers Albumin, durch. Das System kann die MatriGrid-Kultur mit unterschiedlichen Flussraten perfundieren, automatisierte Medienwechsel durchführen und mit dem mitgelieferten ELISA-Modul Proben des zu analysierenden Kulturmediums nach Bedarf untersuchen. Das System unterstützt die parallele Kultivierung von Zellen in mehreren Bioreaktoren. Das Fluidnetzwerk wurde aus Materialien konstruiert, die wenig Proteine und kleine Moleküle binden, absorbieren oder adsorbieren, um seine Anwendung für niedrige Biomarkerkonzentrationen und Langzeitexperimente zu erweitern. Die Doktorarbeit beschreibt das Systemdesign, den Aufbau, das Testen und die Verifikation unter Verwendung von 3D-gewachsenen HepaRG-Zellkulturen. Die zeitabhängige Wirkung von APAP auf die Albuminsekretion wurde über 96 h untersucht, wobei sowohl mit dem neu entwickelten System als auch konventionell in Mikrotiterplatten, gemessen wurde. Es zeigte sich, dass die Ergebnisse vergleichbar sind. Dieses Resultat belegt die Verwendung des Systems als eigenständiges Gerät, das in Echtzeit arbeitet und in der Lage ist, gleichzeitig Zellkultur- und Mediumanalyse in mehreren Bioreaktoren durchzuführen, mit erhöhter Zuverlässigkeit der 3D-Kultivierung, in einfacher Handhabung und Messung. Auf diese Weise soll das neu entwickelte 3D-Zellkultivierungs- und Analysesystem 3D-Zellkultivierungstechniken und -experimente für weitere Forschungsgruppen bekannt machen.
https://doi.org/10.22032/dbt.59056
Identification of causal structure-function relationships in the human motor cortex with non-invasive brain stimulation. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2023. - 1 Online-Ressource (xxiii, 173 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2023
Transkranielle Magnetstimulation (TMS) ist ein nicht-invasives Hirnstimulationsverfahren, das im Klinik- und im Forschungsalltag eingesetzt wird, um kausale Struktur-Funktions-Beziehungen im menschlichen Gehirn zu identifizieren. Mittels eines induzierten elektrischen Feldes wird durch Depolarisierung kortikaler Neuronen aktiv in die Verarbeitung lokal begrenzter Hirnregionen eingegriffen. Allerdings beschränkt die hohe Autokorrelation des induzierten elektrischen Feldes eine präzise Lokalisation des TMS Effekts im kortikalen Gewebe. In dieser Arbeit präsentiere ich ein neues Paradigma, das aktuelle Entwicklungen im Bereich Feldmodellierung verwendet, um die räumliche Auflösung von TMS Lokalisation signifikant zu erhöhen. Stimulationsreaktionen auf verschiedene Stimulationsorte werden in einer Analyse kombiniert um die involvierten Neuronenpopulationen zu identifizieren. Die Stimulation wird quantifiziert mittels hochauflösender Feldberechnungen, um eine realistische Abschätzung der kortikalen Stimulation zu erzielen. Die Güte des funktionalen Zusammenhangs zwischen Feldexposition und modulierten Verhalten wird genutzt, um die involvierte Neuronenpopulation zu identifizieren. Als erste Annäherung verwende ich Input-Output-Kurven für eine Reihe von Stimulationsorten um Muskelrepräsentationen im primären Motorkortex zu lokalisieren. Ich validiere die Ergebnisse experimentell mit Hilfe der Ruhemotorschwelle um die praktische Relevanz einer präzisen Lokalisation aufzeigen. Anschließend entwickele ich einen generalisierten Ansatz, der Stimulationen an beliebigen Orten zulässt, um die praktische Durchführbarkeit und Effizienz zu erhöhen. Diese Implementierung ermöglicht eine robuste und präzise Lokalisierung mehrerer Muskelrepräsentationen zugleich. Um die Einsetzbarkeit dieser Methode zu gewährleisten ist die gesamte Routine, inklusive aller Auswertungsskripte und eines Beispieldatesatzes, im Detail beschrieben und veröffentlicht. Die Verwendung von Aktivierungsfunktionen zur Lokalisierung von Funktionen im Kortex ermöglicht die Verwendung einer Dosierungsmetrik, die auf individuellen, kortikalen Stimulationsschwellen basiert. Eine präzise, individualisierte Dosierungsmetrik kann dazu beitragen, die Sensitivität und Spezifität von TMS signifikant zu erhöhen.
https://doi.org/10.22032/dbt.59164
Intraoperatives Neuromonitoring autonomer Beckennerven mittels Bioimpedanzmessung. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2023. - 1 Online-Ressource (XXII, 137 Blätter)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2023
Autonome Beckennerven sind bei viszeralchirurgischen Eingriffen im Bereich des kleinen Beckens wie beispielsweise Rektumresektionen bei Rektumkarzinom einem sehr hohen Risiko der intraoperativen iatrogenen Schädigung ausgesetzt. Die Folgen von Schädigungen der Beckennerven sind postoperativ auftretende Funktionsstörungen der Beckenorgane wie Harninkontinenz, Stuhlinkontinenz und sexuelle Funktionsstörungen, die zu einer Beeinträchtigung der Lebensqualität der Patienten führen können. Das autonome Nervengeflecht des Beckens ist hochkomplex, sehr filigran, innerviert glatte Muskulatur und kann in seiner topografischen Lage interindividuell verschieden sein. Da die Nerven rein visuell nur sehr schwer identifiziert werden können, ist deren Schonung im Verlauf der chirurgischen Präparation ohne technische Hilfsmittel und ohne fundierte Kenntnisse der pelvinen Neuroanatomie nicht möglich. Aufgrund der Unterschiede im Erregungs- und Reizreaktionsverhalten zwischen dem somatischen und dem autonomen Nervensystem können bekannte elektrophysiologische Neuromonitoring-Methoden nicht direkt auf das Monitoring autonomer Nerven übertragen werden, wodurch die Entwicklung neuer Methoden notwendig ist. Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine neue Neuromonitoring-Methode zur Lokalisation autonomer Nerven mittels elektrischer Stimulation im OP-Gebiet und Impedanzmessung an glatter Muskulatur konzipiert und erforscht. Die bei der Durchführung einer präklinischen, wie auch einer klinischen Studie erzielten Ergebnisse weisen sowohl die technische als auch die klinische Machbarkeit der Impedanzmessung als Verfahren des intraoperativen Neuromonitorings nach und lassen darauf schließen, dass eine nervenschonende Präparation und eine damit verbundene Verminderung des Risikos für das Auftreten von postoperativen Funktionsstörungen der Beckenorgane möglich ist. Die klinische Machbarkeit wurde bei 28 der 30 Patienten (93,3 %) nachgewiesen. Darüber hinaus gehen erste klinische Daten zur klinischen Sicherheit und zum klinischen Nutzen der Methode aus der Auswertung des funktionellen Outcomes der Patienten der klinischen Studie hervor. Der auf der Basis der gewonnenen Messdaten der klinischen Studie realisierte softwaregestützte Automatic Muscle Impedance and Nerve Analyzer (AMINA) zur Beurteilung der abgeleiteten Impedanzsignale soll eine assistierte Signalinterpretation für eine einfache und schnelle Identifikation funktionaler Nerven während der OP möglich machen. Die Validierung des Verfahrens anhand erster Messdaten ergab eine Sensitivität der Signalbeurteilung von 96,3 % und eine Spezifität von 91,2 %.
https://doi.org/10.22032/dbt.59161
Vermeidung und Simulation der Entstehung von mittelfrequenten Fehlern im Schleifprozess für Präzisionsoptiken. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2023. - 1 Online-Ressource (K, 101, XXVIII Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2023
Die aktive Vermeidung mittelfrequenter Fehler (MSFE) ist eine Herausforderung in der modernen Optikfertigung von Asphären und Freiformen. Während Formfehler durch entsprechende lokale Korrekturverfahren beseitigt und auch die spezifizierten Oberflächenrauheiten über entsprechende Glättprozesse erreicht werden können, limitieren die MSFE die erreichbaren optischen Qualitäten. In der vorliegenden Arbeit werden deshalb insbesondere die Entstehungsmechanismen von MSFE systematisch erforscht und beschrieben. Ziel ist es, Entstehungsmechanismen von MSFE zu identifizieren und konkrete Vermeidungsstrategien für bestehende Produktionsprozesse von Präzisionsoptiken abzuleiten. Die Vorhersage beim Schleifen entstehender MSFE mittels Simulationsmodellen stellt einen weiteren Schwerpunkt der Arbeit dar. Das Schleifen im Punktkontakt ist bei der Herstellung asphärischer Geometrien und Freiformen aufgrund der lokalen Krümmungsänderungen technisch notwendig. Es ist somit für die Geometrien von Präzisionsoptiken der produktionstechnische Standard und stellt daher meist den ersten Schritt der Prozesskette dar. In der vorliegenden Dissertationsschrift werden die Entstehungsmechanismen von MSFE beim Schleifen im Punktkontakt experimentell untersucht und beschrieben. Die Experimente wurden unter realistischen Produktionsbedingungen mittels dem aktuellen Stands der Technik entsprechenden Prozessen im Bereich der Fertigung von Präzisionsoptiken hergestellt. Zur Auswertung der Ergebnisse wurden sowohl kommerziell verfügbare als auch eigens für diese Arbeit entwickelte Softwarelösungen verwendet. Auf Basis der aus den Experimenten abgeleiteten Erkenntnisse wird ein modellbasierter Ansatz zur Simulation der Entstehung von MSFE beim Schleifen im Punktkontakt entwickelt. Das Simulationsmodell wird anhand von real gemessenen MSFE und den zugehörigen Bearbeitungsparametern überprüft und verifiziert. Es werden neue Ansätze zur Auswertung von MSFE sowie der Charakterisierung von Polierwerkzeugen diskutiert. Der Entstehungsmechanismus von MSFE im Schleifprozess wird umfassend beschrieben und simulativ verifiziert.
https://doi.org/10.22032/dbt.59113
Einfluss zusätzlich induzierter Temperaturfelder beim Laserstrahlschweißen dünner Bleche. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2023. - 1 Online-Ressource (XIII, 168 Seiten). - (Fertigungstechnik - aus den Grundlagen für die Anwendung ; Band 17)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2023
Während des Laserstrahlschweißens entstehen thermisch induzierte Dehnungen und Spannungen, die zu Verschiebungen der Fügepartner im Prozess führen. Diese Verschiebungen werden durch den Einsatz von Spannsystemen in der Produktion unterbunden. Jedoch sind diese Systeme zumeist nur für eine einzelne Schweißaufgabe ausgelegt. Aufgrund der zumeist massiven Bauweise der Systeme und des anwendungsspezifischen Einsatzes dieser ergeben sich hohe Kosten. Somit ist man bestrebt, die Spannsysteme einfacher zu gestalten und damit Bewegungsfreiheiten der Fügepartner im Prozess zu akzeptieren. Um nun die auftretende Querverschiebung zu minimieren, können zusätzliche Wärmequellen oder Wärmesenken genutzt werden, um Einfluss auf das Temperaturfeld und damit auf das Dehnungsfeld zu nehmen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde daher zunächst der Einfluss variierender Schweißparameter (Schweißgeschwindigkeit, voreingestellter Spalt) bei einer einseitig gespannten Fügekonfiguration am I-Stumpfstoß untersucht. Dazu erfolgten Untersuchungen vordergründig am hochlegierten Stahl 1.4301. Unter Verwendung eines Diodenlasers wurde der Einfluss einer zusätzlichen Wärmequelle auf die Verschiebung im Prozess und das gesamte Verzugsverhalten charakterisiert und bewertet. Der Abstand der beiden Wärmequellen zueinander, die Laserleistung und die Spotabbildung wurden dazu variiert. Die Untersuchungen wurden zunächst an einer Blechdicke von 1 mm durchgeführt und sie wurden im Anschluss an die Blechdicken 0,5 mm und 2 mm übertragen. Es ist festzuhalten, dass durch den Einsatz der zweiten Wärmequelle die Verschiebung minimiert und damit längere Schweißnahtlängen erzielt wurden. Jedoch trat ein höherer Beulverzug auf, der auf die vermehrten Längsspannungen im Bauteil zurückzuführen ist. Die Wirkungsweise der zweiten Wärmequelle wurde unter Anwendung der FE-Methoden und einer analytischen Beschreibung näher beleuchtet. Unter Anwendung einer CO2-Düse wurde die Wärmesenke abgebildet, um das sich ausbildende Temperaturfeld zu verkleinern. Ebenfalls wurde der Einfluss der Senke auf die Querverschiebung im Prozess und auf den globalen Verzug nach dem Schweißprozess charakterisiert und bewertet. Für die drei zuvor genannten Blechdicken zeigt sich dabei, dass die Verschiebung im Prozess minimiert und damit eine vollständige Durchschweißung erzielt wurde. Auch nimmt der Gesamtverzug der Bauteile ab. Darüber hinaus fanden vergleichende Untersuchungen an der Aluminiumlegierung EN AW 5754 statt. Es wurde festgestellt, dass die hier im Vergleich zum Stahl höhere Verschiebungen auftraten. Durch den Einsatz der Wärmequelle wurde keine Reduzierung der Verschiebung erzielt. Jedoch wurde unter Anwendung der Wärmesenke eine Minimierung der Verschiebung erreicht und damit längere Schweißnahtlängen realisiert.
https://doi.org/10.22032/dbt.57468
Nutzung verschiedener Methoden des maschinellen Lernens zur Regelung von Fahrzeugsystemen. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2023. - 1 Online-Ressource (XX, 219 Blätter)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2023
Die Steuerung fahrzeugtechnischer und nicht-fahrzeugtechnischer Systeme wird mit zunehmender Vernetzung und Digitalisierung in ihrer Komplexität weiter zunehmen. Die an vielen Stellen manuelle Parametrierung dieser Systeme stößt dabei zunehmend bezüglich Zeit und Kosten an ihre Grenzen. Seit 2010, als der Grafikkartenhersteller NVIDIA mit dem CUDA Toolkit eine Möglichkeit erschuf, Matrixrechenopperationen schnell und effizient auf Graphic Processing Units (GPUs) durchführen zu können, erhielt das maschinelle Lernen (konkreter - Deep Learnings) neue Möglichkeiten sich zu entwickeln. Seitdem hat sich die Nutzung künstlicher neuronaler Netze als Funktionsapproximator für verschiedene Bereiche der Wissenschaft und Technik enorm weiterentwickelt. Dabei wird es möglich real gemessene Daten zu verwenden, um Systemabbildungen (Simulationen) zu erzeugen, ohne den Umweg über eine analytische und/oder numerische Methode gehen zu müssen (welche nach Modellbildung immer mit realen Messwerten validiert werden muss). Ziel ist es ein System ohne Zuhilfenahme menschlicher Arbeitskraft vollautomatisch Regeln zu können. So soll es möglich sein, neu entwickelte und produzierte Maschinen schnell und effizient mithilfe von Aktuatoren und elektronischen Steuerelementen nach spezifischen Vorgaben einsatzfähig zu bekommen. Die vorliegende Arbeit beschreibt eine Methodik, durch überwachtes Lernen (Supervised Learning) datenbasierte Modelle, sogenannte digitale Zwillinge zu entwickeln. Mithilfe künstlicher neuronaler Netze werden stationäre und instationäre Modelle entwickelt und es werden statistischen Methoden zur Datenaufbereitung erläutert. Digitale Zwillinge sind nötig, da reale Umgebungen wie Prüfstände oder Maschinen teuer im Betrieb und langsam bei der Zustandsraumdurchschreitung sind. Nach erfolgreicher Generierung eines digitalen Zwillings wird bestärkendes Lernen (Reinforcement Learning) genutzt, autonom komplexe und mehrdimensionale Zustandsräume zu untersuchen und selbstständig Regelstrategien zu entwickeln. In Summe werden also digitale Zwillinge des Supervised Learnings auf Basis real gemessener Daten als Simulationsumgebungen genutzt, um mithilfe der Algorithmen des Reinforcement Learnings, selbstständig arbeitende Agenten zu trainieren. Drei Systeme werden dabei abgebildet. Ein Rohrsystem, ein semiaktiver Stoßdämpfer und ein Abgasturbolader. Am Beispiel des Abgasturboladers wird gezeigt, wie gut Reinforcement Learning im Vergleich zum klassischen PID Regler performt, dass die Methodik prinzipiell funktioniert, es aber noch weiterer Entwicklung bedarf, um tatsächlich direkt Verwendbare Regelalgorithmen zu erhalten, die denen klassischer Vorgehensweisen von heute ebenbürtig (oder gar überlegen) sind.
https://doi.org/10.22032/dbt.58650
Broadband solar energy harvesting enabled by micro and nanostructured materials. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2023. - 1 Online-Ressource (IV, 145 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2023
In der kommenden Ära des "Carbon Peak und der Kohlenstoffneutralität" ist es besonders wichtig, neue Energietechnologien zu entwickeln, die kostengünstig, umweltfreundlich und im industriellem Maßstab herstellbar sind, um die herkömmlichen fossilen Brennstoffe zu ersetzen, die weithin als Verursacher des Treibhauseffekts und häufiger extremer Wetterlagen gelten. Solarenergie ist sozusagen eine unerschöpfliche Energieform, die jedem Land der Erde kostenlos zur Verfügung steht. Daher ist sie im Vergleich zu Kernenergie, Windenergie und blauer Energie die vielversprechendste Alternative zu fossiler Energie. In dieser Arbeit werden breitbandige Materialien zur Gewinnung von Solarenergie als Lichtabsorber für Anwendungen zur Umwandlung von Solarenergie, wie Stromerzeugung, Wasserdampferzeugung und Wasserstofferzeugung, vorgestellt. Zunächst wird schwarzes Silizium (b-Si) mit einer Vielzahl von Mikro-Nanostrukturen durch reaktives Ionenätzen (RIE) hergestellt. Die so hergestellten b-Si-Proben mit ultra-breitbandiger Lichtabsorption können für die photo-thermoelektrische (P-TE) Stromerzeugung, die photothermische (PT) Wasserverdampfung und die photoelektrochemische (PEC) Wasserreduktion verwendet werden, was die Leistung der Solarenergieumwandlung aufgrund ihrer hervorragenden Lichtabsorption im gesamten Sonnenspektrum verbessert. Darüber hinaus wurde eine metastabile Atomlagenabscheidung (MS-ALD) mit Selbstorganisation zur Herstellung großflächiger plasmonischer 3D-AgSiO2 Hybrid-Nanostrukturen entwickelt. Diese zeigen auch eine ultrabreitbandige sehr hohe Absorption im gesamten Sonnenspektrum. Wenn sie für die P-TE- und PT-Wasserverdampfung verwendet werden, verbessert sich die Leistung der Solarenergieumwandlung im Vergleich zu b-Si-Proben.
https://doi.org/10.22032/dbt.57584
Nanometallurgical mechanisms during formation of Au-SiOx and Au-CuO nanostructures. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2023. - 1 Online-Ressource (XXII, 98 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2023
Die Verbesserung der Metallurgie hält mit der Entwicklung der menschlichen Zivilisation Schritt. Aufstrebende Nanotechnologie-Industrien fördern kontinuierlich traditionelle metallurgische Untersuchungen bis hinunter in den Nanobereich. Daher wird ein neuer Begriff, Nanometallurgie, vorgeschlagen, um sich besser an die aufkommenden interdisziplinären Domänen anzupassen. Um die Mechanismen hinter verschiedenen nanometallurgischen Prozessen zu verstehen, sind zahlreiche Studien erforderlich, die für die maßgeschneiderte Herstellung von Nanostrukturen für unterschiedliche Anforderungen erforderlich sind. Die aktuelle Dissertation konzentriert sich auf das Wachstum zweier unterschiedlicher eindimensionaler Nanostrukturen: SiOx-Nanodrähte, katalysiert durch metallische Dünnfilme und CuO-Whisker, induziert durch thermische Oxidation. Die Bildung von SiOx-Nanodrähten basiert auf der Änderung des physikalischen Zustands der Si-Quelle ist gut etabliert. Es wurde jedoch nur wenig an der Existenz und Konkurenz mehrerer Si-Quellen geforscht. Nach dem schnellen hermischen Prozessieren von SiO2/Si-Systemen, die mit metallischen Einzel- oder Doppelschichten in einer reduzierenden Atmosphäre abgeschieden wurden, werden drei Si-Quellen, erstens Si-Diffusion aus dem Substrat, zweitens SiO-Gas aus der SiO2-Zersetzung und drittens aus der Si-Aktivoxidation identifiziert. Ihre relative Beteiligung und Einfluß hängt von dem Dicken der SiO2-Schichten ab. Zunehmende Dicke der SiO2-Schicht behindert die Si-Diffusion und die Zersetzung der SiO2-Schicht, was die Konzentrationen der zersetzten Bereiche verringert und wiederum die aktive Si-Oxidation schwächt. Außerdem werden die Einflüße verschiedener Si-Quellen durch die Glühzeit, Temperatur und Atmosphäre gesteuert. Daher wird eine kontrollierbare Bildung verschiedener Au-SiOx-Nanostrukturen erreicht, indem unterschiedliche Dicken der SiO2-Schicht und Temperparameter entworfen werden. Zwei nanometallurgische Prozesse, der Kirkendall-Effekt im Nanomaßstab und das Wachstum von Oxid-Nanodrähten während der Oxidation von Metallen, haben große Aufmerksamkeit erhalten. Ihre Entwicklung hängt stark von der Oxidationsgeschwindigkeit ab. In Anbetracht der Tatsache, dass die Oxidation normalerweise ein diffusionskontrollierter Prozess ist und das Legieren ein üblicher Weg ist, um die Diffusion verschiedener Metalle zu kontrollieren, werden gemischte und facettierte Au-Cu-Nanopartikel durch die Festkörperentnetzung der Au/Cu-Doppelschicht gebildet. Die Existenz von Kirkendall-Hohlräumen und CuO-Whiskern kann durch Oxidation bei unterschiedlichen Temperaturen beobachtet werden, was zur Bildung von Au-CuO-Nanostrukturen führt. Darüber hinaus wird das Oxidationsverhalten von Cu auf verschiedenen Facetten von Au-Cu-Nanopartikeln überprüft und mit den Oxidationsraten von Kristallebenen in Beziehung gesetzt.
https://doi.org/10.22032/dbt.58531
Bestimmung der Verbindungseigenschaften beim punktförmigen Schweißen von Aluminiumlegierungen mit Stahl. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2023. - 1 Online-Ressource (XV, 153 Seiten). - (Fertigungstechnik - aus den Grundlagen für die Anwendung ; Band 18)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2023
Stahl wird in Leichtbaustrukturen durch Aluminiumlegierungen ergänzt. Die Fügetechnik nimmt hierbei eine Schlüsselrolle ein. Die Werkstoffe weisen unterschiedliche thermophysikalische Eigenschaften auf, was die schweißtechnische Verarbeitung erschwert. Die Bildung intermetallischer Phasen während des Schweißens führt bei unkontrolliertem Wärmeeintrag und unzureichender Anbindung zu sprödem Verbindungsversagen bei geringen Lasten. Das Verfahren des Ultraschall-Element-Widerstandspunktschweißens ermöglicht den Einsatz des Widerstandspunktschweißens als Hauptfügeprozess. Dazu wird auf das Aluminiumblech an der Fügestelle mittels Ultraschallschweißen ein Fügehilfselement aufgeschweißt, welches die Verbindung zum Stahl durch eine Schweißlinse erreicht. Während der Widerstandserwärmung wachsen intermetallische Phasen in der Ultraschallschweißung über das prozessual einstellbare Temperatur-Zeitregime während des Widerstandsschweißprozesses an. Es gelang mit Hilfe einer eigens entwickelten Zugprobe die Fügezonenfestigkeit nach der Durchführung der Schweißprozesse zu bestimmen. So konnte nachgewiesen werden, dass ein Verbindungsversagen im Zusammenhang mit der intermetallischen Phase nur dann eintritt, wenn die Fügezonenfestigkeit kleiner ist als die Festigkeit des Aluminiumwerkstoffs. Als Grenze wurde eine Gesamtphasendicke von 8 µm herausgearbeitet. Es gelang, ein Prognoseverfahren für das Abgrenzen von Ausknöpfbrüchen zu Scherbrüchen bei Scherzugbelastung auf Stahl/Aluminium-Verbindungen unter Berücksichtigung intermetallischer Phasen anzuwenden. Zur Für die Scher- und Kopfzugverbindungen wurde ein Berechnungskonzept entwickelt, was die intermetallischen Phasen als Bemessungsgröße berücksichtigt. Die Erkenntnisse konnten auf bauteilähnliche Werkstücke angewendet und auf weitere Verbindungen übertragen werden.
https://doi.org/10.22032/dbt.58335