Bachelor- und Master-/Diplomarbeiten

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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.