Materials Science and Engineering - Interactive curriculae of TU Ilmenau

• schriftliche Prüfungsleistung über 90 Minuten mit einer Wichtung von 75% (Prüfungsnummer: 2100805)
• Studienleistung mit einer Wichtung von 25% (Prüfungsnummer: 2100806)

schriftliche Prüfung (Klausur) über 90 min. Klausur enthält einen allgemeinen Teil und einen adressatenspezifischen Teil.

benotetes Praktikum auf Testatkarte (erfolgreiches Absolvieren von etwa 4 Praktikumsversuchen zu Werkstoffeigenschaften und Werkstoffprüfung.

Prof. Dr. Peter Schaaf, Dr. Thomas Kups und Mitarbeiter

Grundkenntnisse der Physik, Chemie, Maschinenbau, Elektrotechnik, Elektronik, und Mathematik aus den ersten Studiensemestern.

Nach Abschluss der Veranstaltung sind die Studierenden in der Lage:

• Werkstoffklassen und deren prinzipiellen Eigenschaften zu benennen,
• den Zustand und die Eigenschaften von Werkstoffen zu verstehen
• Eigenschaftsanforderungen aus ingenieurwissenschaftlichen Anwendungen zu bewerten
• mechanische und funktionale Eigenschaften der Werkstoffe aus ihren mikroskopischen und submikroskopischen Aufbauprinzipien zu erklären,
• Eigenschaftsveränderungen gezielt vorzuschlagen.
• Geeignete Werkstoffe vorzuschlagen
• Auswahl und Anwendung von Werkstoffen zu analysieren und zu empfehlen.

Sie können passende Werkstoffe für konstruktive Anwendungen mit gegebenen Randbedingungen auswählen und begründen.

Sie können Funktionswerkstoffe zu gegebenen Anforderungsprofilen auswählen und dies begründen.

Durch das Seminar besitzen die Studierenden die Fähigkeit, das Erlernte eigenständig zu vertiefen und einer Gruppe vorzustellen, sowie die werkstoffwissenschaftlichen Fragestellungen in der Gruppe zu diskutieren.

Nach dem Seminar haben die Studierenden ihre in der Vorlesung erworbenen Kenntnisse anhand ausgewählter Beispiele vertieft. Sie verfügen über anwendungsbereites innerdisziplinäres Wissen und können dieses auch fachübergreifend einsetzen. Nach dem Seminar können Sie Ihre Konzepte vorstellen und diese mit Kommilitonen diskutieren und analysieren.

Nach intensiven Diskussionen und Gruppenarbeit während der Übungen können die Studenten Leistungen ihrer Mitkommilitonen richtig einschätzen und würdigen. Sie berücksichtigen Kritik, beherzigen Anmerkungen und nehmen Hinweise an.

Die Studierenden haben nach dem Praktikum experimentelle Grundfertigkeiten in der Anwendung, der Eigenschaften, der Untersuchung/Analyse und der Modifikation von Werkstoffen. Sie sind in die Lage versetzt, werkstoffwissenschaftliche Experimente durchzuführen und auf verschiedene Werkstoffe anzuwenden. Sie sind praktisch in der Lage, Werkstoffeigenschaften zu erproben und anzuwenden, sowie Eigenschaftsmodifikationen vorzunehmen. Die werkstoffwissenschaftlichen Experimente können Sie diskutieren, entwerfen, auswerten, grafisch darzustellen und bewerten.

Es gibt zwei verschiedene Prüfungen für zwei verschiedene zu prüfende Kompetenzen.

Die schriftliche Prüfung überprüft das faktische, konzeptionelle und prozedurale Wissen über Werkstoffe Die Studierenden zeigen, dass sie über alle Grundlagen verfügen und dieses Wissen anwenden und auf gegebene Problemstellungen übertragen können.

Durch das Praktikum beherrschen die Studierenden den praktischen Umgang mit Werkstoffen und den verschiedenen Eigenschaften und Messverfahren und haben die grundlegende Berichtserstellung über Prüfverfahren erlernt. Das theoretische Wissen, welches in der Vorlesung behandelt wurde, kann praktisch umgesetzt werden und ist verfestigt .

Neben der Vorlesung zu allgemeinen Grundlagen der Werkstoffe, teilen sich die weiteren Veranstaltungen (Seminar, Praktikum) in adressatenspezifische Inhalte (Werkstoffe für Elektrotechnik, Werkstoffe im Maschinenbau, Werkstoffe für Wirtschaftsingenieurinnen, Werkstoffe für Biomedizinische Technik) auf. Dort werden fachspezifische Problemstellungen der Werkstoffe, ihrer Auswahl, ihrer Eigenschaften und ihren spezifischen Anwendungen in den jeweiligen Fächern behandelt.

Fachkompetenzen:

Allgemeiner Inhalt:

Grundlagen der Konstruktionswerkstoffe und Funktionswerkstoffe

1. Kristalliner Zustand
1.1 Idealkristall
1.2 Realkristall (Keimbildung, Kristallwachstum; Fehlordnungen)
2. Amorpher Zustand
2.1 Nah- und Fernordnung
2.2 Aufbau amorpher Werkstoffe
2.3 Silikatische Gläser
2.4 Hochpolymere
2.5 Amorphe Metalle
3. Zustandsänderungen
3.1 Thermische Analyse, Einstoffsysteme
3.2 Zustandsdiagramme von Zweistoffsystemen
3.3 Realdiagramme von Zweistoffsystemen
3.4 Mehrstoffsysteme
4. Ungleichgewichtszustände
4.1 Diffusion
4.2 Sintern
4.3 Rekristallisation
5. Mechanische und thermische Eigenschaften
5.1 Verformungsprozess (Elastische und plastische Verformung; Bruch)
5.2 Thermische Ausdehnung
5.3 Wärmebehandlung
5.4 Konstruktionswerkstoffe
5.5 Mechanische Werkstoffprüfung (Zugfestigkeitsprüfung, Härteprüfung, Metallografie)
6. Funktionale Eigenschaften
6.1 Elektrische Eigenschaften (Leiterwerkstoffe, Widerstandswerkstoffe, Kontaktwerkstoffe, Supraleiter)
6.2 Halbleitende Eigenschaften (Eigen- und Störstellenleitung, Element- und Verbindungshalbleiter, Physikalische Hochreinigung, Kristallzüchtung)
6.3 Dielektrische Eigenschaften (Polarisationsmechanismen, Isolations- und Kondensatormaterialien, Lichtleiter)
6.4 Magnetische Eigenschaften (Erscheinungen und Kenngrößen, Magnetwerkstoffe)
7. Chemische und tribologische Eigenschaften
7.1 Korrosion und Korrosionsschutz
7.2 Verschleiß
8. Werkstoffkennzeichnung und Werkstoffauswahl
8.1 Kennzeichnung
8.2 Werkstoffauswahl
8.3 Werkstoffverbunde und Verbundwerkstoffe

Adressatenspezifischer Inhalt:

• Elektrotechnik: Werkstoffe für Anforderungen mit elektrischen, thermischen, elektronischen, optischen, magnetischen und sensorischen Anwendungen
• Maschinenbau: Festigkeitssteigerungen, Stähle, Leichtbauwerkstoffe, Hochfeste Werkstoffe, Werkstoffe für besondere Anforderungen, Spezialwerkstoffe, Oberflächenverfahren (Eloxieren, Härten, Aufkohlen, Verschleißfeste Oberflächen).
• Wirtschaftsingenierwesen: Werkstoffe im Konfliktfeld Anwendung - Eigenschaften - Kosten
• Biomedizinische Technik: Werkstoffe für Anwendungsfälle in der biomedizinischen Technik, sensorisch, aktorisch, biokompatibel.

Praktikum:

Das Modul umfasst etwa 4 Praktikumsversuche mit adressatenspezifischen Inhalten zu Werkstoffen, ihren Eigenschaften und deren Messung. Durchführung von eigenen Messungen.

Methodenkompetenz

Diskussion von Aufgaben und Problemstellungen in der Gruppe und Vorstellung von Lösungen.

Selbstkompetenz

Einschätzen der Eigenen Fähigkeiten und des eigenen Kenntnisstandes im Bereich der Werkstoffe.

Sozialkompetenz

Fähigkeit zur Diskussion und Lösung von Fragestellungen in der Gruppe. Einschätzen von Lösungsstrategien und Problemen.

Medienformen: PowerPoint Vorlesung mit Tafel/Presenter, Videos, Animationen, Handout, Aufgaben, Fragenkatalog, Praktikumsanleitungen. Praktikumsversuche.

moodle: https://moodle.tu-ilmenau.de/course/view.php?id=2130

Bitte schreiben Sie sich studiengangspezifisch ein:

EIT (D/BA):   eit-2024Werk
WiW-ET:       wiw-et-2024Werk
BMT:             bt-2024Werk
LA:               la-2024Werk
sonstige:      sonst-2024Werk

(Bei Problemen bitte einfach direkt melden).

Lehrbücher zu Werkstoffen:

Materialwissenschaft und Werkstofftechnik, Callister-Rethwich, Wiley-VCH (+ Übungsaufgaben)
Werkstoffe - Aufbau und Eigenschaften, E. Hornbogen, G. Eggeler, E. Werner; 9. Auflage, Springer, 2008 (+ Fragen und Antworten zu Werkstoffe)
Werkstoffwissenschaft, W. Schatt, H. Worch; 9. Auflage, Wiley-VCH, 2003
Werkstofftechnik 1, W. Bergmann; 6. Auflage, Hanser Verlag, 2008,
Werkstofftechnik 2, W. Bergmann; 4. Auflage, Hanser Verlag, 2009
Werkstoffwissenschaften und Fertigungstechnik, B. Ilschner, R. Singer; 4. Auflage, Springer, 2004
Werkstoffkunde und Werkstoffprüfung, W. Weißbach; 16. Auflage, Vieweg+Teubner, 2007

Zusatzliteratur

Wird auf moodle bereitgestellt.