Bachelorarbeiten

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.

Diese Abschlussarbeit befasst sich mit der elektrochemischen Messung der Wasserstoffpermeation nach Devanathan und Stachurski. Untersucht werden die martensitisch durchgehärteten Stähle 100Cr6, 50CrMo4M und X30CrMoN15-1 (Cronidur 30) sowie der einsatzgehärtete Stahl SAE4320. Außerdem wird die Wasserstoffpermeation von Chrom und Chromnitrid beschichteten, sowie brünierten 100Cr6-Proben charakterisiert. Darüber hinaus wird der Einfluss der Messtemperatur und der Beladestromdichte auf die Wasserstoffpermeation ermittelt und die Vorteile einer Palladium-Schicht auf der Detektionsseite beleuchtet. Ein weiterer Schwerpunkt der Arbeit ist die Beurteilung der Anwendbarkeit der Devanathan-Stachurski-Zelle zur Prüfung von White Etching Cracks (WECs). Dafür werden die eingestuften Ergebnisse dieser Arbeit mit den Prüfergebnissen anderer WEC-Prüfstände verglichen. Die Übereinstimmung der Ergebnisse, vor allem bei Prüfständen mit kathodischer WEC-Ermüdung, spricht für einen weiteren Einsatz der Devanathan-Stachurski-Zelle als Bereicherung der WEC-Analyse, jedoch nicht als eigenständiger WEC-Prüfstand, da in erster Linie der elektrochemische Aspekt untersucht wird und deshalb andere Faktoren, wie zum Beispiel der tribologische Anteil am Schadenshergang, nicht betrachtet werden.

Die vorliegende Bachelorarbeit beschäftigt sich mit der Untersuchung verschiedener Hochdruckpolyethylentypen (LDPE-Typen), die in Reaktoren unterschiedlichen Durchmessers polymerisiert werden. Dazu werden verschiedene LDPE-Blasfolientypen ausgewählt, die sich im Molekulargewicht und der Dichte unterscheiden. Ziel der Arbeit ist es, den Einfluss des Reaktordurchmessers auf die molekulare Struktur zu charakterisieren und die Auswirkungen dieser auf optische und mechanische Eigenschaften von Blasfolien zu ermitteln. Dazu wird die Polymerstruktur mit unterschiedlichen Analyse-Methoden wie der Gelpermeationschromatographie mit anschließender Lichtstreuung und verschiedener rheologischer Verfahren charakterisiert. Weiterhin wird untersucht, wie verschiedene Prozessbedingungen einer Blasfolienanlage (Frostlinienhöhe, Durchsatz und Kühlringart) die Folieneigenschaften beeinflussen, um sowohl den Einfluss der molekularen Struktur als auch der Verarbeitungsbedingungen zu bestimmen und zu vergleichen. Der Einfluss des Reaktordurchmessers auf die Struktur der untersuchten LDPE-Folientypen konnte gezeigt und eine klare Korrelation zu den optischen und mechanischen Eigenschaften der Blasfolien hergestellt werden.

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.

Im Rahmen vorliegender Bachelorarbeit wird eine Theorie über wirkende Haftmechanismen bei Verbindung von Kohlenstofffasern mit aufgeschäumtem Polyethylenterephthalat durch ein Epoxidharzsystem entwickelt. Mithilfe von Resin-Transfer-Moulding- sowie Vakuuminjektions-Verfahren werden unter Variation der Kernmaterialdichte plattenförmige Sandwichverbunde hergestellt und daraus entnommene Probekörper messtechnisch untersucht. Der stoffschlüssige Haftmechanismus wird durch Kontaktwinkelmessungen am Kernmaterial charakterisiert. Der formschlüssige Haftmechanismus wird durch chemisches Auflösen des Kernmaterials hergestellter Probekörper mittels Natronlauge und anschließender bildtechnischer Untersuchung ausgebildeter Grenzschichten charakterisiert. Gewonnene Ergebnisse werden interpretiert und Empfehlungen zur Auswahl der Schaumdichte sowie des Verarbeitungsprozesses mit Zielgröße höchstmöglicher Verbundfestigkeit abgeleitet.