Bachelor- und Master-/Diplomarbeiten

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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˚C-Warmauslagerung mit vorangegangener Kaltauslagerung ist eine signifikante Beschleunigung der Aushärtungskinetik durch Mg- und Cu-Zusätze zu verzeichnen. Eine zusätzliche 190˚C-Wärmebehandlung vor der 120˚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˚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˚C, 700˚C, 800˚C und 900˚C als ein Nullsekundenprozess. Im Quarzrohrofen dagegen lag die Temperatur bei 700˚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˚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.