Master-/Diplomarbeiten

Die vorliegende Masterarbeit umfasst die Konzeptionierung, Entwicklung und Untersuchung eines energieeffizienten Downer Reactors zur Sphäroidisierung von zylindrischen Polypropylen-Partikeln zur Verbesserung der Fließeigenschaften und Schüttdichte des Pulvers für pulverbettbasierte additive Fertigungsverfahren. Eine Veränderung der unrunden Partikelform und -oberfläche aus herkömmlichen Pulverherstellungsprozessen zu einer möglichst sphärischen Partikelgeometrie mit glatter Oberfläche stellt die Motivation einer thermischen Verrundung dar. Es werden Erkenntnisse aus bisherigen Untersuchungen zu Downer Reactoren herangezogen, Vorversuche zur Strömungs- und Heizanalyse durchgeführt und die Energieströme in einem Downer Reactor auf die Partikel betrachtet. Bisherige Untersuchungen zeigen eine Verbesserung der Sphärizität der Partikel und der Fließfähigkeit des Pulvers. Lange Heizzonen von bis zu 4500 mm bei kleinen Durchmessern von maximal 108 mm führen zu geringer Energieeffizienz und geringer Ausbeute bei hohen Verlusten durch Agglomeration und Wandanhaftungen. Anstatt mit Wandheiz- oder Gasheizsystemen sollen die Partikel in dieser Arbeit mittels Infrarot-Strahler aufgeschmolzen und durch die Oberflächenspannung der Schmelze verrundet werden. Hierbei wird im Optimalfall die gesamte Wärmeenergie an die Partikel übertragen, ohne dabei die Reactor-Wand oder das umgebende Gas zu erwärmen. Ein deutlich größerer Durchmesser von 400 mm soll höhere Durchsätze bei geringerer Wandanhaftung realisieren. Der Einfluss der Strömungsgeschwindigkeit auf die Verrundung soll außerdem untersucht werden. Die Ergebnisse der Versuche zeigen eine deutliche Verbesserung der Schüttdichte, des Hausner-Faktors, der Korngrößenverteilung und der Sphärizität im Vergleich zum Ausgangsmaterial. Ein Einfluss der Strömungs-geschwindigkeit kann nicht nachgewiesen werden und muss weiterführend für höhere Geschwindigkeiten untersucht werden. Aufgrund von deutlich höherer Ausbeute an verrundetem Pulver wird eine Energiekennzahl von 22,3 kWh pro kg verrundetem Pulver erreicht. Damit wird nach Abschätzungen eine mehr als 50 % bessere Energieeffizienz als bisherige Downer Reactoren erreicht. Mit einer optimierten Dispergierung, Reflexion im Inneren und Regelung der Strahlerleistung kann die Effizienz weiter verbessert werden.

Die vorliegende Studie fokussiert sich auf die Handhabung von medizinischem Abfall, insbesondere infektiösem Abfall, der einen Anteil von 15-25 % am Gesamtvolumen von medizinischem Abfall ausmacht. Es wurden unterschiedliche Quellen der Abfälle untersucht, darunter die beiden Krankenhäuser UKW und MSP, das pharmazeutische Unternehmen Lilly sowie die Entsorgungsfirma Buscha von Halberstadt. Die zentralen Ziele beinhalten die umfassende Erstellung von Energie- und Massenbilanzen für den Prozess der Umwandlung von gereinigten Polyolefinen aus Abfallmaterialien in den Depolymerisationsprozess. Die Behandlung infektiöser medizinischer Abfälle kann mittels verschiedener Verfahren erfolgen, darunter Verbrennung, Dampfsterilisation, Mikrowellen-Desinfektion und chemische Desinfektion. Es ist besonders hervorzuheben, dass die Verbrennung keine umweltfreundliche Methode ist. Die Sterilisation durch chemische Mittel ist lediglich für geringe Abfallmengen geeignet. Aufgrund des erheblichen Volumens an infektiösem Abfall und der vorhandenen Technologien erscheint die Mikrowellenmethode als geeignet für das chemische Recycling von Polyolefinen. Der Grund dafür liegt erstens darin, dass bei der Desinfektion die Schmelzpunkttemperatur nicht erreicht wird, und zweitens, dass ein getrocknetes Produkt entsteht. Im Gegensatz dazu ist die Dampfsterilisation besser geeignet, wenn keine chemische Wiederverwertung angestrebt wird, beispielsweise zur Nutzung als Wärmequelle für Krankenhäuser. In dieser Studie wurde die LOGMED-Anlage, die 150-200 kg/h medizinische Abfälle verarbeitet, für die Zerkleinerung der Abfälle eingesetzt, wobei die Dampfsterilisationsmethode zur Abfallbehandlung angewendet wurde. Gemäß den Angaben des Betreibers, der seit Jahrzehnten mit dieser Anlage arbeitet, beläuft sich der Flüssigkeitsanteil in Krankenhausabfällen auf etwa 15-20 Prozent. In dieser Studie wurden Abweichungen in den Anteilen der Abfälle festgestellt, wobei 19 % auf die UKW, 1 7% auf Buscha, 10 % auf MSP und 3 % auf Lilly entfielen. Die Unterschiede in den Ergebnissen für die MSP-Abfälle und die Lilly-Abfälle ergeben sich daraus, dass diese beiden Kategorien nicht die allgemeinen Abfälle einer Station oder eines Krankenhauses repräsentieren. Die MSP-Abfälle waren ausschließlich in Tüten verfügbar, während die Lilly-Abfälle lediglich Insulinpens ohne weitere Abfallkomponenten waren. Diese Flüssigkeitsanteile werden separat von anderen Abfallfraktionen als Abwasser behandelt. Es muss berücksichtigt werden, dass die Verwendung von Dampf zur Sterilisation zu einem feuchten Endprodukt führt. Hinsichtlich der Volumenreduzierung erfuhren leichtere Materialien aus dem Klinikum MSP und der Universitätsklinik Würzburg mit 66 % bzw. 57 % die größten Volumenreduzierungen. Im Gegensatz dazu wiesen schwerere Insulinpens und infektiöse Abfälle mit 25 % bzw. 44 % die geringsten Volumenreduzierungen auf. Im Falle der Verbrennung tragen die Volumenreduktion und Sterilisation dazu bei, dass infektiöse Abfälle mit einem verminderten Volumen in herkömmlichen Verbrennungsanlagen anstelle spezialisierter Einrichtungen verbrannt werden können. Dies führt zu erheblichen Kostenersparnissen sowohl bei den Verbrennungsanlagen als auch bei den Transportkosten. Nach der Bearbeitung der Abfälle durch die LOGMED-Anlage wurden die Abfälle in leichte und schwere Fraktionen mittels eines Schwimm-Sink-Verfahrens im Wasser separiert. Die leichten Fraktionen, die den größten Anteil der Abfälle ausmachen, sind solche mit einer Dichte, die geringer ist als die Dichte des Wassers. Nach Analysen der Firma DEKRA Automobil GmbH gelten diese als polyolefinreich. Die schweren Fraktionen beinhalten dagegen schwerere Kunststoffe wie PVC und PET sowie Glas und Metall. Bei den Abfällen der Firma Lilly machen die schweren Fraktionen etwa 42 % aus. Diese wurden im Labor der TU Ilmenau mit der RFA-Methode analysiert, wobei hohe Anteile von reinem Eisen und Legierungen (Fe 63 Cr 17 Ni 20) festgestellt wurden, was die Möglichkeit des Metallrecyclings bei diesen Abfällen fördert. Bei den anderen Abfällen würden die schweren Fraktionen in herkömmlichen Verbrennungsanlagen verbrannt werden. Die getrennten, nassen Leichtfraktionen stehen als polyolefinhaltige Ausgangsmaterialien zur Verfügung. Im besten Fall können sie zur Energiegewinnung durch chemisches Recycling genutzt werden. Unter den chemischen Recyclingmethoden könnten Pyrolyse und Vergasung geeignete Optionen sein, um flüssiges Öl, andere Ölprodukte oder Syngas zu produzieren.

Der Fokus dieser Masterarbeit liegt darauf, eine Methodik zur Bewertung der Druckbarkeit von Kunststoffpulvern im selektiven Lasersintern (SLS) zu untersuchen. Die Studie vertieft sich in die komplexe Beziehung zwischen den Eigenschaften des Pulvers und den in der SLS-Drucktechnologie verwendeten Parametern. Die Bewertung der Druckqualität während des eigentlichen Druckprozesses ist ein entscheidender Aspekt für die Erreichung der in dem Experiment festgelegten Ziele. Bei der Charakterisierung der Pulvereigenschaften wurden Messungen unter Verwendung von Techniken wie der Differentiellen Scanningkalorimetrie (DSC), der Partikelgrößenverteilung (PSD), der Rasterelektronenmikroskopie (REM) und anderer durchgeführt. Eine Synthese dieser Pulvereigenschaften leitete eine Reihe von Parameteranpassungen an, die es ermöglichten, Probleme während des Druckens zu identifizieren und zusammenzufassen, verbunden mit einer Erforschung möglicher zugrunde liegender Ursachen. Im Bereich des eigentlichen Druckens erwies sich der Einsatz der isothermen DSC als effektiver Ansatz zur präzisen Konfiguration der Betriebstemperaturen, wobei ihre Bedeutung für die Erreichung optimaler Druckbarkeit anerkannt wurde. Die Studie unterstreicht die Bedeutung der Pulverfließfähigkeit bei erhöhten Temperaturen als Voraussetzung für optimale Druckbarkeit. Darüber hinaus hebt die Forschung die Bedeutung von Pulvereigenschaften wie der Partikelmorphologie und der Partikelgrößenverteilung hervor. Wenn sie in Verbindung mit der Schichtdicke betrachtet werden, spielen diese Faktoren eine entscheidende Rolle bei der Beeinflussung der Pulverfließfähigkeit und haben folglich Auswirkungen auf die Gesamtleistung des Druckens.

Die Elektronenstrahllithografie zeichnet sich durch ihre hohe Auflösung aus und gilt in vielen Forschungseinrichtungen als bevorzugt Methode zur Herstellung von Bauelementen im Sub-Mikrometerbereich. Ein wesentlicher Limitierungsaspekt in der Auflösung ist der Proximity-Effekt, der durch Elektronenstreuung im Substrat und im elektronenstahlsensitiven Resist verursacht wird. Um den Proximity-Effekt präzise zu kompensieren, insbesondere bei kleinen Strukturen, ist ein vertieftes Verständnis der Faktoren, die diesen Effekt beeinflussen, von entscheidender Bedeutung. Diese Arbeit widmet sich der Untersuchung des Einflusses von Dotierstoffen, Dotierkonzentrationen und Orientierungen auf den Proximity-Effekt. Zur Bestimmung der Proximity-Effekt-Parameter wurde die Energieverteilung in PMMA-beschichteten Si-Substraten mit unterschiedlichen Konzentrationen verschiedener Dotierstoffe analysiert. Die durch Bildanalyse von REM-Aufnahmen und numerischen Kurvenanpassung an eine mehrfache Gauß'sche Fit-Funktion gewonnenen Parameter, werden in ein, von der Firma Raith vertriebenes, softwarebasiertes Korrekturschema integriert. Die Analyse der Energieverteilungsvariation im Resist aufgrund unterschiedlicher Substrateigenschaften zeigt, dass Dotierstoffe, Dotierkonzentrationen und Orientierungen den Proximity-Effekt beeinflussen. Dieses Ergebnis wird durch statistische Analysen der experimentellen Daten unterstützt. Die Parameter des Proximity-Effekts, welche sowohl experimentell als auch durch Monte-Carlo-Simulation ermittelt wurden, werden anhand der Auswertung von REM-Aufnahmen bewertet. Hierbei werden Proximity-Effekt-korrigierte und unkorrigierte strukturierte Resists auf Si/SiO2-Chips betrachtet. Beide Methoden zeigen nach der Korrektur eine verbesserte Strukturtreue, wobei die experimentell ermittelten Parameter eine Abweichung von weniger als 5,6 % zwischen der beabsichtigten und der realisierten Struktur aufweisen

In dieser Arbeit wird die lichtinduzierte Abscheidung von Rhodium auf der AlInP-Oberfläche und deren anschließende Auswirkung auf die photoelektrochemischen Eigenschaften der Wasserspaltung untersucht. Die Rhodiumabscheidung wurde durch eine einfache und kontrollierbare lichtinduzierte elektrochemische Methode nach der Oberflächenbehandlung erreicht. Die Rhodium-deponierten Proben wurden mit einer Reihe von analytischen Techniken charakterisiert, darunter Röntgen-Photoelektronenspektroskopie, Rasterkraftmikroskopie und Rasterelektronenmikroskopie. Die Analysen bestätigten die erfolgreiche Abscheidung von Rhodium auf der Oberfläche. Anschließend wurden die photoelektrochemischen Eigenschaften der Rhodium-deponierten Proben unter simulierter Sonnenbestrahlung bewertet. Die Wasserspaltungsleistung wurde durch Chronoamperometrie-Messungen bewertet. Die erhaltenen Ergebnisse zeigten eine verbesserte photoelektrochemische Aktivität und Stabilität in Anwesenheit von Rhodium. Unter AM 1.5G-Beleuchtung wurde eine Solar-zu-Wasserstoff-Umwandlungseffizienz von bis zu 15 % erreicht.

Quarz-Stimmgabeln (QTF) wurden ursprünglich als Quarzkristall-Oszillatoren in elektronischen Uhren entwickelt, sind aber inzwischen in einer Vielzahl von Anwendungen als Sensorelemente eingesetzt worden. Sie wurden als Kraftsensor in der Raster-Sonden-Mikroskopie eingesetzt, um die Wechselwirkungskräfte zwischen der Sonde und der Probenoberfläche zu messen, in der Gas Sensorik wie der quarzverstärkten photoakustischen Spektroskopie als akustischer Resonanzwandler zum Nachweis verschiedener Gasspezies und in der Flüssigkeitssensorik zur Messung der dynamischen Eigenschaften von Flüssigkeiten. Ihre signifikanten Eigenschaften machen sie zu vielversprechenden Kandidaten als Kraftsensorelement, wie z.B. hohe Empfindlichkeit, hoher Q-Faktor und Resonanzfrequenz, Selbstabtastung und Betätigung aufgrund ihrer Piezoelektrizität, Stabilität und Vielseitigkeit. Aufgrund ihrer hohen Steifigkeit (k=103-104 Nm-1) können sie beispielsweise kleine Schwingungsamplituden und kleine Entfernungen abtasten, ohne dass die Spitze in Kontakt springt, oder aufgrund ihres hohen Q-Faktors (>10.000) können sie kleine Frequenzverschiebungen erkennen. Diese bedeutenden Eigenschaften ergeben sich aus ihrer symmetrischen und ausgewogenen Geometrie. Um als Kraftsensor verwendet zu werden, muss eine scharfe Spitze an der Spitze eines der Zinken des QTF angebracht werden. Das Spitzenmaterial muss mit leitfähigem Epoxidharz befestigt werden, um den elektrischen Kontakt zwischen der Spitze und der Elektrodenstruktur auf dem QTF herzustellen. Das zusätzliche Gewicht des Klebers und des Spitzenmaterials, das durch das Verfahren zur Befestigung der Spitze verursacht wird, stört die ausgewogene Geometrie des QTF. Dies beeinträchtigt die Leistung des QTF, indem es den Q-Faktor und die Resonanzfrequenz senkt. Es ist von entscheidender Bedeutung, sein dynamisches Verhalten zu verstehen und die verschiedenen Spitzenkonfigurationen zu charakterisieren, um die ideale Spitzenkonfiguration für die beabsichtigte Anwendung zu entwickeln und auszuwählen. Ziel dieser Studie ist es, verschiedene QTF-Spitzendesigns herzustellen und sie mit Hilfe verschiedener Techniken zu charakterisieren, darunter elektrische Anregung, Laser-Doppler-Vibrometer und numerische Simulationen. Quarz-Stimmgabel-Sonden wurden durch Anbringen verschiedener Spitzenmaterialien hergestellt, um verschiedene Spitzenkonfigurationen zu charakterisieren. Als Spitzenmaterialien wurden Wolframdraht, Platin-Iridium-Draht und Diamantpartikel verwendet, und die Befestigung erfolgte mit Silberepoxid oder Silberlackkleber. Nach der Befestigung der Spitzen wurden diese mittels REM-Bildgebung charakterisiert und die Resonanzfrequenzen gemessen. Für eine genaue Charakterisierung sind die Position und die Menge des Spitzenmaterials und des Klebstoffs entscheidend, und der Prozess der Spitzenbefestigung muss optimiert werden. Die Ergebnisse zeigen, dass die Resonanzfrequenz und der Qualitätsfaktor von QTF mit der Entfernung der evakuierten Metallkappe sinken. Auf die gleiche Weise wird die Resonanzfrequenz durch das Hinzufügen von Spitzenmaterial und Epoxidkleber gesenkt. Dies lässt sich durch die unausgewogene Geometrie des QTF erklären, die durch die zusätzliche Masse des Spitzenmaterials entsteht. Das dynamische Verhalten verschiedener Spitzenkonfigurationen wurde ebenfalls entwickelt und mit Hilfe von Finite-Elemente-Simulationen untersucht. Die Eigenfrequenzanalyse und die Frequenzbereichsanalyse wurden verwendet, um die Schwingungsmoden und das Frequenzverhalten von QTFs zu simulieren. Während der Simulationen wurden verschiedene Parameter untersucht, darunter die Menge und Position des Epoxidklebers, das Spitzenmaterial (Wolfram und Platin-Iridium), die Geometrie des Spitzenmaterials (z.B. die Länge) und ihre Auswirkungen auf die dynamischen Eigenschaften der QTF. Wie die Simulationen zeigen, nimmt die Resonanzfrequenz mit der Zugabe von Klebstoff und Spitzenmaterial ab, was mit experimentellen Beobachtungen übereinstimmt. Es wurde festgestellt, dass auch die Position des Klebstoffs und die Länge des Materials die QTF-Dynamik beeinflussen. Auf der Grundlage dieser Charakterisierungsergebnisse sollen geeignete QTF-Sonden für den Einsatz in der Feldemissionslithographie hergestellt und eingesetzt werden. Stichworte: Quarz-Stimmgabel, Rasterkraftmikroskopie, Rastersonde

Das Ziel der Arbeit besteht darin, die Gleichmäßigkeit (WID) und das Profil (WIF) nach der Beschichtung von Säure Kupferelektrolyt von auf verschiedenen Coupons (geschnittenen Wafer Teile) eines Testwafers zu ermitteln. Auf der Grundlage der Ergebnisse der Coupon-Beschichtung sollte eine Schlussfolgerung gezogen werden, welche Abscheidungsmethode im Labor (Coupon) die beste Variante ist und welche Konzentration von Additiven die besten Parameter von WID und WIF ermöglichen. Dazu werden zusätzlich zu den galvanischen Beschichtungsversuchen auch Elektrochemische Untersuchungen durchgeführt, um die Rolle der einzelnen verwendeten Additive (Suppressor, Accelerator and Leveller) zu beschreiben. In dieser Arbeit wurden fünf verschiedene Elektrolytansätze des Elektrolyten Umicore IntraCu© SC2, angesetzt mit VMS 50 (basische Kupferelektrolyt), 3 ml/l Accelerator A28 und verschiedenen Konzentrationen von Suppressor S24 (5 und 10 ml/l) und Leveller (L136 1, 3 und 6 ml/l) verschiedentlich untersucht. Zum einen wurden die Elektrolyte elektrochemisch durch galvanostatische Methoden (Fingerprint-Methode) und zyklische Voltammetrie charakterisiert. Mit der Fingerprint-Methode wurde gezeigt, dass die höchste Polarisation von Suppressor gewährleistet wird, Accelerator spielt eine Rolle als Depolarisator des Prozesses und Leveller ist Inhibitor des Prozesses. Aus allen oben genannten Elektrolyten wurden Wafer-coupons eines Testwafers in vier verschiedenen Beschichtungsanlagentypen bei 2, 5 und 7 A/dm2 beschichtet. Der mikrostrukturierte Testwafer enthielt Lochstrukturen von 80 µm Durchmesser; die Resisthöhe betrug 75 µm. Folgende Anlagentypen wurden eingesetzt: Becherglas mit Magnetrührer, Becherglas mit Propeller, Paddle-Zelle und SILICET-Zelle. Es wurde festgestellt, dass WID kleiner als 5 % (dies ist eine industrielle Anforderung) in der SILICET-Zelle mit allen Elektrolyten erreicht werden konnte und WIF ist weniger als 5 % in Becherglass mit Propeller. Bei Beschichtung eines 8 Zoll Testwafers (Maske 1C, wie bei Coupons) in der SILICET-Zelle, WIW (within wafer) war 10-20 %.

Angesichts der wachsenden Nachfrage nach hoher Leistung, Effizienz und geringem Stromverbrauch für Speichergeräte hat die Hysterese in zweipoligen Memristoren große Aufmerksamkeit auf sich gezogen, da sie das Potenzial hat, komplexe Logikoperationen zu implementieren und die Eigenschaften biologischer Neuronen zu emulieren, was das Potenzial zur Energiegewinnung zeigt -Effizientes Rechnen und Überwinden der Einschränkungen von Von-Neumann-Rechnersystemen. Unter den verschiedenen Substraten bietet Siliziumkarbid mit breiter Bandlücke mehr mögliche Fallenzustände in der Mitte der Lücke und wird daher zu einem Kandidaten für bessere memristive Bauelemente. Das Verhalten von Fallenzuständen in SiC wurde jedoch immer unorganisiert und getrennt diskutiert. Diese Studie stellt eine umfassende Untersuchung des Hystereseverhaltens dar, das in zwei SiC-basierten MOS-Transistormodellen simuliert wird. Das Hauptziel besteht darin, wertvolle Einblicke in die Faktoren zu gewinnen, die die Hysterese beeinflussen, und deren Auswirkungen auf Vanadium-dotierte halbisolierende SiC-Modelle und Molybdän-dotierte SiC-Modelle. Die Simulationen werden mithilfe der COMSOL Multiphysics-Plattform durchgeführt. Es wird ein mit Vanadium dotiertes halbisolierendes SiC-Modell mit einer apitaxialen Schicht zwischen Dran/Quelle und Substrat und mit einer SiO2-Oxidschicht unter dem Gate entwickelt. Basierend auf diesem Modell werden die Auswirkungen verschiedener extrinsischer Faktoren auf die Hysterese durch Variation der Geräteskala, der Dotierungskonzentration und der Gate-Source-Spannung verglichen. Darüber hinaus wird das Hystereseverhalten für Temperatur, Pulsamplitude und Pulsperiode der Drain-Source-Spannung untersucht und verglichen. Die Ergebnisse zeigen, dass die Hysterese durch viele äußere Faktoren wie Kanallänge, Dotierungskonzentration, Drain-Source-Spannungsamplitude und Impulsperiode beeinflusst werden kann. Darüber hinaus ergab die Studie, dass sowohl Grenzflächenfallenzustände als auch Massenfallen im Kanalbereich zur Hysterese beitragen. Insbesondere weist der nMOS-Transistor MoS2 eine größere Hysterese im Vergleich zu mit Vanadium dotierten halbisolierenden nMOS-Transistoren auf, was auf einen signifikanten Beitrag von SiC/MoS2-Grenzflächenfallen schließen lässt. Darüber hinaus deuten die Ergebnisse auch darauf hin, dass in beiden Modellen die Ladungsträgereinfangfähigkeit von Fallen, d.h. das quantitative Maß der Hysterese, positiv von der Kanallänge und negativ von der Impulsamplitude der Drain-Source-Spannung abhängt. Für die Dotierungskonzentration der SiC-Epitaxieschicht und die Impulsperiode der Drain-Source-Spannung gibt es einen maximalen Hysteresebereich. Außerdem wurden keine Einflüsse auf die Hysterese durch Gerätehöhe, Gerätedicke, Gate-Spannung und Temperatur gefunden.

Diese Arbeit befasst sich mit der Recyclingfähigkeit von vollständig biobasierten faserverstärkten Kunststoffen. Der Ansatz des werkstofflichen Recyclings wird von einem fossilen faserverstärkten Kunststoff auf einen naturfaserverstärkten Kunststoff übertragen. Da die Anwendbarkeit eines optischen Verfahrens zur Bestimmung der Faserlänge für diesen Verbund als nicht anwendbar eingestuft wird, wird ein Ansatz mit einem chemischen Lösungsverfahren mittels Hexafluorisopropanol angewendet. Die Messung der Faserlänge ist aufgrund der Beschaffenheit und Orientierung der Fasern nicht möglich. Die Bewertung der optimalen Parameter erfolgt auf der Grundlage des Elastizitätsmoduls und unter dem Einfluss der Bruchdehnung. Durch eine statistische Versuchsplanung wird für jede der beiden mechanischen Eigenschaften eine Regressionsgleichung erstellt. Abschließend werden die optimalen Parameter für diesen Recyclingprozess festgehalten und die Übertragbarkeit auf andere Materialkombinationen erläutert.

Der Einsatz von Galliumarsenidphosphid-basierten Nanodrähten für die photoelektrochemische Wasserspaltung liefert diverse Vorteile gegenüber planaren Strukturen und anderen Materialien. Eine bestehende Herausforderung ist jedoch die mangelhafte Korrosionsresistenz, welche die Lebensdauer der Photoelektroden drastisch reduziert. In dieser Arbeit wurde der Einfluss schützender Passivierungsschichten in Form von Kern-Hülle-Strukturen auf die photoelektrochemischen Eigenschaften und die Korrosionsresistenz der Nanodraht-Photoelektroden untersucht. Zu diesem Zweck wurden auf Galliumarsenid-Substrat gewachsene Galliumarsenidphosphid-Nanodrähte mit unterschiedlichen Kern- und Hüllenzusammensetzungen sowie Hüllendicken mithilfe von Linear Sweep Voltammetry und Chronoamperometrie sowie durch Untersuchungen mit einem Rasterelektronenmikroskop charakterisiert. Die Ergebnisse zeigen eine starke Abhängigkeit der Korrosionsresistenz von der Kristallqualität, wobei Nanodraht-Kerne mit größerer Gitterfehlanpassung zum Substrat eine deutlich höhere Defektdichte aufwiesen. Das Hüllenwachstum verstärkte die negativen Auswirkungen auf die Materialqualität. Hohe Defektdichten wirkten sich neben der Korrosion auch negativ auf die Photostromdichte der Elektroden aus. Die mangelhafte Reproduzierbarkeit der Referenzmessungen mit dem verwendeten Galliumarsenid-Substrat mindert die Belastbarkeit der gewonnenen Ergebnisse. Die Ergebnisse zeigen, dass die Materialqualität einen fundamentalen Einfluss auf die photoelektrochemische Beständigkeit der Nanodrähte und deren passivierenden Hüllen sowie auf die Leistungsfähigkeit der gesamten Photoelektroden besitzt.

Das Spritzgussverfahren ermöglicht das Herstellen von Kunststoffoptiken in hohen Stückzahlen. Die Funktionsflächen können gegenüber mineralischem Glas aufgrund der erweiterten Designfreiheit komplexe Geometrien aufweisen. Für die optische Funktionalität ist eine exakte Abformung notwendig. Aufgrund des materialspezifischen Verhaltens von Kunststoff ist die Schwindung während der Erstarrung des Formteils eine Herausforderung. Die Prozesstechnik stößt dabei, trotz Simulation oder mathematische Analyse der Parametereinstellungen an Grenzen. Entsprechend sind für eine präzisere Abformung alternative Methoden notwendig. Das Ziel der Arbeit besteht darin, eine Prozesskette zur iterativen Werkzeuganpassung zu entwickeln, um systematische Formfehler zu korrigieren. Durch eine praktische Nachweisführung wird die Eignung verifiziert und die Vorgehensweise optimiert. Auf der Grundlage einer Analyse zum Stand der Technik wird zunächst mittels statistischer Versuchsplanung eine geeignete Parametereinstellung abgeleitet. Dabei ist das Schwindungsverhalten besonders von den Faktoren Werkzeugtemperatur, Massetemperatur, Nachdruck, Nachdruckzeit, Restkühlzeit und Einspritzgeschwindigkeit abhängig. Anhand der entwickelten Prozesskette wird für einen freiformoptischen und rotationssymmetrischen Demonstrator, eine mathematische Korrekturberechnung des verbleibenden systematischen Formfehlers vorgenommen. Die erforderlichen Datenpunkte der Ist-Oberfläche sind auf Basis geeigneter Messtechnik zu erfassen. Durch die Anwendung zweier Korrekturstrategien werden Möglichkeiten und Grenzen der beiden Softwarelösungen aufgezeigt. Die neu berechneten Funktionsflächen werden mittels Ultrapräzisionsdrehbearbeitung auf die Formeinsätze übertragen. Anschließend erfolgt eine weitere Replikation der Optiken aus Kunststoff. Um Erkenntnisse über die Auswirkungen der geometrischen Korrektur auf die optische Qualität zu erhalten, wird die Formgenauigkeit der Funktionsflächen erneut gemessen. Durch die Minimierung der Abweichung zur idealen Soll-Geometrie kann die Wirkung der Prozesskette zur Kompensation der Volumenkontraktion nachgewiesen werden.

Der Wandel in der Automobilindustrie und die damit einhergehende Entwicklung von neuen Antriebssträngen erfordert das Fügen von mechanisch und physikalisch ungleichen Materialpaaren. Ein Teilgebiet sind die Batteriemodule. Hier derzeit eingesetzte Fügeverfahren von Aluminium und Kupfer weisen alle verschiedene Limitierungen auf. Einerseits hinsichtlich Prozessstabilität, Kosten, Automatisierbarkeit und Langlebigkeit. Andererseits ist die Löslichkeit der beiden Werkstoffe für die Bildung zahlreicher intermetallischer Phasen verantwortlich. Das Ziel dieser Masterarbeit ist die Prozessentwicklung einer lasergeschweißten Aluminium Kupfer Mischverbindung. Im Kontext der Elektromobilität werden dünne Bleche mit einer Stärke von 0,3 mm bis 0,5 mm zur Verbindung und Kontaktierung von Batterien eingesetzt. Zur Entwicklung des Prozesses wurden zahlreiche Versuchsreihen durchgeführt und mittels optischer und mechanischer Prüfverfahren ausgewertet. Dazu werden beide Anordnungen der Werkstoffe untersucht. Aluminium auf Kupfer wurde mit einem infraroten Laser und Kupfer auf Aluminium mit einem Grünlicht-Laser geschweißt. Gegenstand der Untersuchung ist die Maximierung der Schweißnahtqualität. Betrachtet wurden dabei Oberflächenqualität, Fehler in der Schweißnaht (z.B. Einschlüsse und Poren), Phasenentwicklungen und Durchmischungen. Zudem wurde der elektrische Widerstand und das statische und dynamische mechanische Verhalten der Verbindungen untersucht.

Zusammenfassung: Durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe hat die CO2-Konzentration in der Atmosphäre etwa 410 ppm erreicht, was zu erheblichen Klimaveränderungen auf unserem Planeten führt. Daher wird es immer wichtiger, die CO2-Emissionen zu begrenzen. Ein vielversprechender Weg zur Umwandlung von CO2 in nützliche Chemikalien ist die elektrochemische Reduktion. Die elektrochemische CO2-Reduktion ist jedoch ein anspruchsvoller Prozess, der robuste, kostengünstige und stabile Katalysatoren erfordert. Kupfer ist ein vielversprechender Kandidat für die Reduktion von CO2 zu verschiedenen Arten von Kohlenwasserstoffen. In diesem Beitrag wurde die CO2-Reduktion mit einer freistehenden porösen Kupferelektrode durchgeführt, die mit Hilfe eines wasserstoffunterstützten Galvanisierungsverfahrens hergestellt wurde. Aufgrund seiner einzigartigen porösen Struktur mit einstellbaren Porengrößen wird dieses Kupfergerüst sowohl als Gasdiffusionsschicht als auch als Katalysator verwendet. Die poröse Kupferelektrode wird in einer speziell angefertigten Zelle montiert, in der eine Kationenaustauschmembran als Separator zwischen der Anode mit offener Zelle und der Kathode mit geschlossener Zelle verwendet wird. Das Hauptaugenmerk dieser Arbeit liegt auf der Analyse der Gasprodukte, die bei der elektrochemischen CO2-Reduktion am porösen Cu-Katalysator entstehen, mittels Gaschromatographie. Es werden zwei verschiedene Aufbauten für die CO2-Reduktion vorgestellt: ein geschlossener Kreislauf und ein Online-Aufbau, der dieselbe elektrochemische Zelle verwendet. Zusätzlich wird ein Stapel aus zwei porösen Cu-Gerüsten mit unterschiedlichen Porengrößen untersucht, die zusammengepresst werden. Die Messungen werden im Potenzialbereich zwischen 0,3 V gegen RHE und 1,7 V gegen RHE unter Verwendung von 0,5 M KHCO3 als Anolyt durchgeführt. Die Gasanalyse, die mit einem kompakten GC4.0-Gaschromatogramm durchgeführt wurde, ergab das Vorhandensein erheblicher Mengen von Methan (CH4), Ethylen (C2H4), Ethan (C2H6) und Propan (C3H8). Die höchste Produktmenge wird bei einem Potenzial von 1,1 V gegen RHE mit einem Wirkungsgrad von 20 % und einer Selektivität von 85 % für die Ethylenproduktion erzielt. Die Ergebnisse liefern wertvolle Erkenntnisse über die katalytische Aktivität der porösen Cu-Elektrode für die CO2-Reduktion und zeigen eine erfolgreiche Reduktionsreaktion zu wertvollen Kohlenwasserstoffen

Für das Aufwachsen von III-V-Halbleiterstrukturen auf Silizium ist ein defektfreier, gitterangepasster Übergang von großer Bedeutung. Um diesen zu erreichen, bedarf es einer Doppelstufenstruktur auf der Siliziumoberfläche, die u.a. mit Hilfe einer Arsen-Terminierung erreicht werden kann. In dieser Arbeit wurde die Arsen-terminierte Silizium(100)-Oberfläche mit Hilfe von zwei unterschiedlichen Präparationsmethoden durch Metallorganische Gasphasenepitaxie hergestellt und unter Anwendung verschiedener zerstörungsfreier Oberflächencharakterisierungsmethoden analysiert. Diese umfassen die in situ Reflexions-Anisotropie-Spektroskopie, die Fourier-transformierte Infrarotspektroskopie unter Nutzung spezieller ATR-Probenkristalle, die Röntgenphotoelektronenspektroskopie und die Beugung nierderenergetischer Elektronen. Die Proben verblieben dabei stets im Ultrahochvakuum. Die experimentellen Ergebnisse wurden mit den für diese Arbeit angefertigten Simulationen der Oberfläche durch A. Flötotto verglichen. Damit war es möglich, eine zuvor unbekannte Dimer-Struktur eindeutig für beide Präparationswege nachzuweisen. Des Weiteren konnten Hinweise auf eine Diffusion des Arsens in die Oberfläche sowie auf die Ordnung der Dimere entlang der Dimerreihen gefunden werden.

Da Silber die höchste elektrische Leitfähigkeit aller Metalle aufweist, wird das Metall immer mehr für Kontaktbeschichtung in der Industrie der Elektromobilität geschätzt. Allerdings ist Silber ein weiches Material, welches auch keine gute selbstschmierenden Eigenschaften aufweist, was zu einem schlechten Verschleißverhalten und einer beschränkten Anwendung von Silber für nachhaltige Steckverbinderkontakte führt. Um diese Begrenzung des Silbers als Kontaktoberfläche zu lösen, wurden Silberelektrolyte entwickelt, die meistens entweder eine hohe Härte oder gute Gleiteigenschaften aufweisen. In der vorliegenden Arbeit wurden Elektrolyte entwickelt und untersucht, die Schichten mit gleichzeitiger höherer Härte und besserer Abriebbeständigkeit erzielen. Die Hauptuntersuchung betraf einen cyanidhaltigen Hartsilberelektrolyt aus Silber-Antimon-Legierungen mit Graphitdispersionen in Pulver als Schmierstoff, beide aus dem Produkt-Portfolio der Umicore Galvanotechnik GmbH. Um den Einfluss von Parametern wie Antimon-Gehalt, Graphit-Gehalt, Stromdichte, Prozesstemperatur, Rührgeschwindigkeit, Zusatzstoffe und die Wärmebehandlung zu untersuchen, wurden Versuche mit verschiedenen Prozessparametern realisiert. Als Vergleich wurden weitere Versuche mit anderen Hartsilberelektrolyten durchgeführt. Es wurde hierfür ein cyanidhaltiger Silber-Bismut -Elektrolyt und ein cyanidfreier Silber-Antimon-Elektrolyt, beide mit Graphit-Dispersionen, untersucht. Bei diesen Dispersionsschicht-Untersuchungen wurden die für die Abscheidung wichtigsten Parameter bestimmt. Dafür wurden die aus diesen oben genannten Elektrolyten abgeschiedenen Schichten durch folgende Eigenschaften charakterisiert: • Schichtzusammensetzung • Gleiteigenschaften (Reibwerte) • Verschleiß Reibtiefe/Reibbreite) • Mikrohärte • Oberflächenmorphologie • Kontaktübergangswiderstandmessungen. Die abgeschiedenen Schichten zeigten verbesserte Verschleißbeständigkeit im Vergleich zu Feinsilber, Hartsilber und Silbergraphit. Diese ergaben eine gute Kombination aus der Härte des Hartsilber und der Abriebbeständigkeit von Silbergraphit. Es wurde aber auch eine Erhöhung der Kontaktübergangswiderstände festgestellt.

Die genaue Überwachung von Batteriezuständen wie Entladekapazität ist entscheidend für die Gewährleistung der Sicherheit und Zuverlässigkeit von Lithium-Ionen-basierten Energiespeichersystemen, die in Elektrofahrzeugen oder für stationäre Systeme eingesetzt werden. Die Vorhersage der Etladekapazität einer Zelle durch elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS) und Machine-Learning kann eine schnelle Messung des Batteriezustands ohne Einsatz zusätzlicher Sensoren oder zeitaufwändige Leistungsmessungen ermöglichen. Die Untersuchung der Einfluss von Kapazität, Ladezustand und Temperatur auf die EIS-Antwort ist analytisch kompliziert. Daher kommen Machine-Learning-Prozesse zum Einsatz. Vorhersage der Entladekapazität anhand von EIS-Daten eröffnet die neuen Möglichkeiten in der Batterieproduktion, -nutzung und -optimierung. Batteriehersteller können damit den Entwicklungszyklus der Zellen beschleunigen, neue Herstellungsprozesse schneller validieren und neue Zellen nach ihrer erwarteten Lebensdauer sortieren. Darüber hinaus sind Machine-Learning-Ansätze besonders attraktiv für Hochgeschwindigkeits-Betriebsbedingungen. Die Modelle und die Algorithmen, wie Extreme-Gradient-Boosting (XGBoost), sind in der Lage, die Entladekapazität der Zellen über mehreren Zyklen vorherzusagen. In der vorliegenden Masterarbeit wurde den Zusammenhang zwischen Entladekapazität und elektrochemischen Impedanzwerten einer NMC-Knopfzelle während der kalendarischen- und Zyklenlebensdauer untersucht, um zu beurteilen, ob dies zur Grundlage für Qualitätskontrolle der lithiumbasierten CP1254-A3-Zellen dienen kann.

Das wachsende Interesse an zweidimensionalen (2D) Materialien rührt von ihren einzigartigen Eigenschaften her, die eine Integration mit hoher Dichte, einen geringen Stromverbrauch und die Herstellung verschiedener Heterostrukturen mit einem breiten Spektrum an elektronischen und optoelektronischen Eigenschaften ermöglichen. Die Hysterese in 2D-Materialien hat aufgrund ihres Potenzials für die Implementierung komplexer logischer Operationen und die Nachahmung biologischer Neuronencharakteristika große Aufmerksamkeit erregt, was eine energieeffiziente Datenverarbeitung ermöglicht und die Grenzen der von-Neumann-Computersysteme überwindet. Das Hystereseverhalten in 2D-Materialien ist jedoch komplex und vielfältig und stellt eine Herausforderung für praktische Anwendungen dar. Diese Studie stellt eine umfassende Untersuchung des Hystereseverhaltens von Feldeffekttransistoren (FETs) aus 2D-Materialien vor. Die Forschung konzentriert sich auf die Gewinnung wertvoller Erkenntnisse über die Faktoren, die die Hysterese beeinflussen, und deren Auswirkungen auf 2D-Materialien in FETs. Die Forschung umfasst in erster Linie die Analyse zweier spezifischer Arten von FETs aus 2D-Materialien: MoS2-FETs mit hinterem Gate auf einem SiO2/Si-Substrat und Graphen-Nanoband-FETs (GNR), die aus epitaktisch gewachsenem Graphen auf einem halbisolierenden 4H-SiC-Substrat hergestellt werden. Bei den MoS2-FETs wurden Experimente mit Dünnschicht- und Wenigschicht-Bauelementen durchgeführt, wobei der Bereich, die Rate und die Richtung der Gate-Spannung variiert wurden. Die Ergebnisse zeigen, dass größere Sweep-Bereiche und Beleuchtungsbedingungen zu einer erhöhten Hysterese beitragen. Das Hystereseverhalten hängt auch von den anfänglichen Messbedingungen ab, wobei eine größere Hysterese beobachtet wird, wenn mit dem positiven (Ein-Zustand) Startzyklus begonnen wird, verglichen mit dem negativen (Aus-Zustand) Startzyklus. Darüber hinaus deutet eine bemerkenswerte Verschiebung der Schwellenspannung während des Vorwärts-Sweeps (Aus-Zustand zu Ein-Zustand) im Vergleich zum Rückwärts-Sweep (Ein-Zustand zu Aus-Zustand) auf eine Abhängigkeit von der Sweep-Richtung hin. Die Studie zeigt, dass sowohl Grenzflächenfallen als auch Bulkdefekte in der MoS2-Kanalschicht zur Hysterese beitragen, wobei Dünnfilm-FETs eine ausgeprägtere Hysterese aufweisen. Die erhöhte Hysterese in Dünnfilm-MoS2-FETs kann nicht allein auf Grenzflächenfallen zurückgeführt werden, was auf einen erheblichen Beitrag von Bulkdefekten hindeutet. Im Fall von GNR-FETs zeigt die Studie den Einfluss der GNR-Kantenstrukturen (Zickzack und Sessel), der Kanalabmessungen, der Gate-Modulationskonfigurationen und der Kanalpassivierung mit einer hoch-k-dielektrischen Schicht auf die Hysterese. Die Ergebnisse geben Einblicke in die physikalischen Mechanismen, die der Hystereseerzeugung zugrunde liegen, und gehen über die üblicherweise untersuchten Faktoren hinaus. Die Ergebnisse zeigen, dass GNR-FETs in Armchair-Richtung eine stärkere Hysterese aufweisen, die von der Art der GNRs (halbleitend oder metallisch) und ihrer Kantenstruktur beeinflusst wird. Eine Vergrößerung der Einschnürungsbreite von GNRs beschleunigt die Hysterese aufgrund von Variationen der Oberflächenmorphologie und erhöhter Defektdichte. Die Modulation des Side-Gate erzeugt eine größere Hysterese als die Modulation des Top-Gate, und die Passivierung des Kanals mit einer dielektrischen Schicht mit hohem k-Wert verringert die Hystereseeffekte. Diese Beobachtungen deuten darauf hin, dass die elektrostatische Kontrolle des Gates und die Wechselwirkungen mit der Umgebungsfeuchtigkeit oder Prozessrückständen das Hystereseverhalten beeinflussen, wenn man bedenkt, dass das Bauelement ursprünglich nicht passiviert war. Insgesamt bietet diese Forschungsarbeit wertvolle Einblicke in die Faktoren, die das Hystereseverhalten in FETs auf 2D-Materialbasis beeinflussen. Die Ergebnisse verdeutlichen die Komplexität und Vielfalt der Hysterese und unterstreichen die Notwendigkeit einer sorgfältigen Optimierung der Herstellungs- und Betriebsbedingungen, um die Leistung und Stabilität dieser Bauelemente in praktischen Anwendungen zu verbessern.

Die Herstellung von Nanodrähten hat aufgrund ihrer einzigartigen Eigenschaften und potenziellen Anwendungen in verschiedenen Bereichen große Aufmerksamkeit erregt. In dieser Studie wurden zwei Ansätze zur Strukturierung im Nanomaßstab für die Top-Down-Fertigung von GaN-Nanodrähten unter Verwendung der Metallentfeuchtung und der Nanosp̈harenlithografie untersucht, um GaN-Nanodraht-Ensembles mit einheitlicher Größenverteilung, Dimensionsmanipulation und großer Fläche zu erhalten.Die Methode der Metallentwässerung umfasst das kontrollierte Ausglühen eines dünnen Metallfilms, die Bildung von 3D-Inseln im Nanomaßstab und das Ätzen von oben nach unten. In dieser Arbeit wurde der Metallentwässerungsprozess erforscht und durch Variation von Parametern wie Glühtemperatur, Glühdauer, Metallfilmdicke und Oberflächenenergie der Entnetzung optimiert, um die gewünschte Nanodrahtgröße zu erreichen. Um die Dimension des hergestellten Nanodraht-Ensembles zu kontrollieren, wurde außerdem digitales Ätzen eingesetzt, um das Verhältnis zwischen Nanodrahtdurchmesser und -abstand zu manipulieren, das durch die Art der Entnetzung bestimmt wird. Dank der optimierten Entnetzungsparameter und des digitalen Ätzens zeigte die Top-Down-Fertigung von GaN-Nanodrähten mit der durch Metallentnetzung gebildeten Maske eine gute Gleichmäßigkeit der Nanodrahtgröße über einen großen Bereich und einen breiten Bereich der Kontrolle über die Abmessungen. Zusätzlich zu den GaN-Nanodraht-Ensembles, die von oben nach unten durch Anwendung der Metallentwässerungsmaske hergestellt werden, wird auch die Nanosphärenlithografie (NSL) erforscht, bei der die Polystyrolkugel als Strukturierungsmaterial verwendet wird, um eine einheitlichere Dimension des GaN-Nanodraht-Ensembles als bei der Metallentwässerungsmethode zu erhalten. Die Abscheidung der Nanokugeln erfolgt mit Hilfe von Spin Coating- und Langmuir-Blodgett-Abscheidungsmethoden, die eine großflächige Monolayer-Abdeckung fördern. Ähnlich wie beim digitalen Ätzen, das für die Metallentwässerung entwickelt wurde, wurde ein Sauerstoffplasma-Ätzverfahren eingeführt, um den Durchmesser und den Abstand der Polystyrolkugeln zu verändern, deren Größe und Form von den hergestellten GaN-Nanodrähten übernommen werden kann. Obwohl das in dieser Arbeit hergestellte Nanodraht-Ensemble noch nicht den Idealfall erreicht hat, macht eine weitere Optimierung der Verarbeitung diese Herstellungsmethode vielversprechend für industrielle Anwendungen. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die in dieser Arbeit vorgestellten Ansätze zur Metallentnetzung und NSL einfache und skalierbare Vorteile gegen über den konventionellen Lithographiemethoden zur Herstellung von GaN-Nanodrähten mit kontrollierten Abmessungen bieten. Die Herstellung von Nanodrähten hat aufgrund ihrer einzigartigen Eigenschaften und potenziellen Anwendungen in verschiedenen Bereichen große Aufmerksamkeit erregt. In dieser Studie wurden zwei Ansätze zur Strukturierung im Nanomaßstab für die Top-Down-Fertigung von GaN-Nanodrähten unter Verwendung der Metallentfeuchtung und der Nanosphärenlithografie untersucht, um GaN-Nanodraht-Ensembles mit einheitlicher Größenverteilung, Dimensionsmanipulation und großer Fläche zu erhalten.Die Methode der Metallentwässerung umfasst das kontrollierte Ausglühen eines dünnen Metallfilms, die Bildung von 3D-Inseln im Nanomaßstab und das Ätzen von oben nach unten. In dieser Arbeit wurde der Metallentwässerungsprozess erforscht und durch Variation von Parametern wie Glühtemperatur, Glühdauer, Metallfilmdicke und Oberfl̈ achenenergie der Entnetzung optimiert, um die gewünschte Nanodrahtgröße zu erreichen. Um die Dimension des hergestellten Nanodraht-Ensembles zu kontrollieren, wurde außerdem digitales Ätzen eingesetzt, um das Verhältnis zwischen Nanodrahtdurchmesser und -abstand zu manipulieren, das durch die Art der Entnetzung bestimmt wird. Dank der optimierten Entnetzungsparameter und des digitalen Ätzens zeigte die Top-Down-Fertigung von GaN-Nanodrähten mit der durch Metallentnetzung gebildeten Maske eine gute Gleichmäßigkeit der Nanodrahtgröße über einen großen Bereich und einen breiten Bereich der Kontrolle über die Abmessungen. Zusätzlich zu den GaN-Nanodraht-Ensembles, die von oben nach unten durch Anwendung der Metallentwässerungsmaske hergestellt werden, wird auch die Nanosphärenlithografie (NSL) erforscht, bei der die Polystyrolkugel als Strukturierungsmaterial verwendet wird, um eine einheitlichere Dimension des GaN-Nanodraht-Ensembles als bei der Metallentwässerungsmethode zu erhalten. Die Abscheidung der Nanokugeln erfolgt mit Hilfe von Spin Coating- und Langmuir-Blodgett-Abscheidungsmethoden, die eine großflächige Monolayer-Abdeckung fördern. Ähnlich wie beim digitalen Ätzen, das für die Metallentwässerung entwickelt wurde, wurde ein Sauerstoffplasma-Ätzverfahren eingeführt, um den Durchmesser und den Abstand der Polystyrolkugeln zu verändern, deren Größe und Form von den hergestellten GaN-Nanodrähten übernommen werden kann. Obwohl das in dieser Arbeit hergestellte Nanodraht-Ensemble noch nicht den Idealfall erreicht hat, macht eine weitere Optimierung der Verarbeitung diese Herstellungsmethode vielversprechend für industrielle Anwendungen. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die in dieser Arbeit vorgestellten Ansätze zur Metallentnetzung und NSL einfache und skalierbare Vorteile gegen über den konventionellen Lithographiemethoden zur Herstellung von GaN-Nanodrähten mit kontrollierten Abmessungen bieten. Die Herstellung von Nanodrähten hat aufgrund ihrer einzigartigen Eigenschaften und potenziellen Anwendungen in verschiedenen Bereichen große Aufmerksamkeit erregt. In dieser Studie wurden zwei Ansätze zur Strukturierung im Nanomaßstab für die Top-Down-Fertigung von GaN-Nanodrähten unter Verwendung der Metallentfeuchtung und der Nanosphärenlithografie untersucht, um GaN-Nanodraht-Ensembles mit einheitlicher Größenverteilung, Dimensionsmanipulation und großer Fläche zu erhalten. Die Methode der Metallentwässerung umfasst das kontrollierte Ausglühen eines dünnen Metallfilms, die Bildung von 3D-Inseln im Nanomaßstab und das Ätzen von oben nach unten. In dieser Arbeit wurde der Metallentwässerungsprozess erforscht und durch Variation von Parametern wie Glühtemperatur, Glühdauer, Metallfilmdicke und Oberflächenenergie der Entnetzung optimiert, um die gewünschte Nanodrahtgröße zu erreichen. Um die Dimension des hergestellten Nanodraht-Ensembles zu kontrollieren, wurde außerdem digitales Ätzen eingesetzt, um das Verhältnis zwischen Nanodrahtdurchmesser und -abstand zu manipulieren, das durch die Art der Entnetzung bestimmt wird. Dank der optimierten Entnetzungsparameter und des digitalen Ätzens zeigte die Top-Down-Fertigung von GaN-Nanodrähten mit der durch Metallentnetzung gebildeten Maske eine gute Gleichmäßigkeit der Nanodrahtgröße über einen großen Bereich und einen breiten Bereich der Kontrolle über die Abmessungen. Zusätzlich zu den GaN-Nanodraht-Ensembles, die von oben nach unten durch Anwendung der Metallentwässerungsmaske hergestellt werden, wird auch die Nanosphärenlithografie (NSL) erforscht, bei der die Polystyrolkugel als Strukturierungsmaterial verwendet wird, um eine einheitlichere Dimension des GaN-Nanodraht-Ensembles als bei der Metallentwässerungsmethode zu erhalten. Die Abscheidung der Nanokugeln erfolgt mit Hilfe von Spin Coating- und Langmuir-Blodgett-Abscheidungsmethoden, die eine großflächige Monolayer-Abdeckung fördern. Ähnlich wie beim digitalen Ätzen, das für die Metallentwässerung entwickelt wurde, wurde ein Sauerstoffplasma-Ätzverfahren eingeführt, um den Durchmesser und den Abstand der Polystyrolkugeln zu verändern, deren Größe und Form von den hergestellten GaN-Nanodrähten übernommen werden kann. Obwohl das in dieser Arbeit hergestellte Nanodraht-Ensemble noch nicht den Idealfall erreicht hat, macht eine weitere Optimierung der Verarbeitung diese Herstellungsmethode vielversprechend für industrielle Anwendungen. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die in dieser Arbeit vorgestellten Ansätze zur Metallentnetzung und NSL einfache und skalierbare Vorteile gegen über den konventionellen Lithographiemethoden zur Herstellung von GaN-Nanodrähten mit kontrollierten Abmessungen bieten.

Die Photovoltaik (PV) liefert einen großen Beitrag zur Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien und bildet eine Grundlage für Klimaneutralität in Deutschland. Umso entscheidender ist es, dass die gewährleistete Lebensdauer der PV-Module von über 25 Jahren erreicht wird und Ausfälle vermieden werden. PV-Module bestehen typischerweise aus Frontglas, Frontverkapselung, Silizium-zellen, Rückseitenverkapselung und Rückseitenfolie. Ein großer Teil der Modulausfälle ist auf das Verkapselungsmaterial zurückzuführen. Als Verkapselungsmaterial werden meist Ethylenvinylacetat-Copolymere (EVA) verwendet, welche mit Additiven versehen sind. Diese schützen das Basispolymer u. a. vor schädlicher UV-Strahlung. Sie haben daher einen maßgeblichen Einfluss auf das Degradations-Verhalten der Verkapselungsfolien und folglich auch auf die Lebensdauer des PV-Moduls. Trotz des großen Potentials für Grenzflächeneffekte und chemische Reaktionen im PV-Modul, werden das Verkapselungsmaterial und die Zusammensetzung der enthaltenen Additive seit fast 40 Jahren unverändert genutzt. Bisher sind jedoch sowohl die Wechselwirkungen im Modul als auch das Degradationsverhalten nur ungenügend erforscht. Um das Degradationsverhalten der Verkapselungsfolien in Abhängigkeit dieser Additive zu untersuchen, wurden Prüfkörperlaminate mit definierten Additiv-zusammensetzungen hergestellt. In diesem Zusammenhang war die Variation der Konzentrationen des UV-Absorbers und des UV-Stabilisators von besonderem Interesse. Um sowohl den Einfluss von Inhomogenitäten in der Additivverteilung als auch das Verhalten der Additive bei Vorhandensein eines Konzentrationsgradienten zu untersuchen, wurden die hergestellten Prüfkörper für 2000 h bei 65 ˚C, 20 % relativer Luftfeuchte und einer integrierten UV-Intensität von 81 W/m2 künstlich gealtert. Nachfolgend wurden an definierten Stellen der Prüfkörper Proben entnommen und vollständig charakterisiert. Mittels Dynamischer Differenzkalorimetrie, Thermogravimetrischer Analyse und Fourier-Transform-Infrarotspektroskopie wurden die Polymereigenschaften des EVAs bestimmt. Nachfolgende Messungen mittels Pyrolyse-Gaschromatographie-Massenspektrometrie dienten zur Ermittlung der absolute Additivverteilung. Abschließend wurden ortsaufgelöste 2D-Karten erstellt, welche die ermittelten Polymereigenschaften in Abhängigkeit von der Bewitterungszeit darstellen. Außerdem wurden die Additivwechselwirkungen innerhalb des Ver-kapselungsmaterials analysiert und ein Diffusionsschema angefertigt.

Faser-Kunststoff-Verbunde haben sich aufgrund ihrer gewichtsspezifischen mechanischen Eigenschaften in zahlreichen Branchen als Standardwerkstoffe etabliert. Allerdings bringt das Verwenden dieser Werkstoffe eine große Menge an Abfallmaterial mit sich. Biokunststoffe bieten eine nachhaltige Alternative, um der steigenden Menge an Polymerabfällen entgegenzuwirken. Darum wird für diese Arbeit die Zielstellung gesetzt, vollkommen biobasierte Organobleche herzustellen und die Einflüsse der Herstellungsparameter auf diese zu untersuchen. Die Grundlage bildet dabei eine umfassende Literaturrecherche mit Augenmerk auf mögliche Verbundmaterialien, Herstellungsverfahren und Imprägnierungsmechanismen. Auf Basis der Literaturrecherche werden Vorversuche geplant und durchgeführt. Diese beinhalten PLA/Flachsfaser- und PP/Glasfaser-Verbunde, die durch Film-Stacking hergestellt werden. Da sich der verwendete PLA/Flachsfaser-Verbund nicht nach DIN EN ISO 1172 mittels Kalzinierung auswerten lässt, wird ein optisches Verfahren verwendet. Dieses wird anhand der PP/Glasfaser-Verbunde validiert. In den darauffolgenden Hauptversuchen werden PLA/Flachsfaser-Verbunde mittels Direktextrusion hergestellt. Dazu werden mehrere Versuche mit unterschiedlichen Herstellungsparametern durchgeführt. Die entstehenden Organobleche werden anschließend auf Faser- und Porengehalt sowie ihre mechanischen Eigenschaften untersucht. Die Ergebnisse werden abschließend in Zusammenhang mit den Parameterkombinationen evaluiert.

Reaktive Materialien wie Aluminium, Nickel, Silizium und Karbid werden in einer mehrschichtigen Dünnschicht hergestellt. Silizium- und Karbid-Mehrschichtsysteme werden auch durch DC-Magnetron Sputtering mit unterschiedlichen Schichtdicken hergestellt. Das SiC-Mehrschichtsystem wird mit Rapid Thermal Annealing bei unterschiedlichen Temperaturen, unterschiedlichen Heizraten und unterschiedlichen Glühzeiten geglüht. Die geglühten Proben wurden mittels Röntgendiffraktometrie analysiert und Faktoren wie Phasenbildung, Korngröße und Gitterkonstanten berechnet. Das 5/5-Mehrschichtsystem und das 10/10-Mehrschichtsystem wiesen nur die SiC-Phase auf, während das 20/20-Mehrschichtsystem und das 50/50-Mehrschichtsystem sowohl Si- als auch SiC-Phasen aufwiesen. Die Phasenzusammensetzung war jedoch je nach Dicke der Doppelschicht unterschiedlich. Die Kornmorphologie wurde mittels Rasterelektronenmikroskopie analysiert und die durchschnittliche Korngröße berechnet. Das Aluminium-Nickel-Mehrschichtsystem wurde auf einem Si (525 μm)/SiO2 Substrat mit und ohne Sn-Schicht (50 nm) durch DC-Magnetron-Sputtern hergestellt. Die Dicke der Doppelschicht beträgt 50 nm (Al: 30 nm, Ni: 20 nm) bei einer Gesamtdicke von 5 μm. Die Proben wurden mit unterschiedlichen Patchgrößen strukturiert. Die AlNi-Multischicht wird durch einen elektrischen Funken entzündet. Die reagierten Proben werden durch Röntgenbeugung analysiert und die gebildete Phase wird gefunden. Schlüsselwörter: Silizium, Kohlenstoff, Aluminium, Nickel, Gitterkonstante, Korngröße, DC-Magnetronsputtern, Röntgenbeugungsspektroskopie, Rasterelektronenmikroskopie.

Die Oberflächenqualität und Homogenität von Zinn-Nickel-Schicht auf 1.4404 Edelstahl verbesserte sich durch die Änderung der Abscheidungsparameter bei Vorvernicklung (Nicke-Strike) (Unterkapitel 4.1). Oberflächenanalysen mittels LSM zeigten, dass die mittlere und maximale Rautiefe der SnNi-Schichten vermindert wurde. Außerdem entsprachen die ermittlten Messdaten der tatsächlichen Oberfläche fast der theoretischen Oberfläche aufgrund weniger Spitzen und Täler. Dies wurde durch Lichtmikroskopie nachgewiesen, bei der deutlich wurde, dass morphologische Defekte wie Risse und Krater nicht mehr vorhanden sind (Unterkapitel 5.2). Die Abscheidung von 10 µm Zinn-Nickel auf Nickel-Strike erfolgte auf zwei Stromarten: Mit Gleichstrom und Pulsstrom bei einer Temperatur von 60˚ C bzw. 40˚ C. Ein Nachteil war, dass die Pulsstromabscheidung von SnNi bis zu 3 Stunden für 10 µm Dicke dauert. Die PP-Abscheidungszeit könnte durch die Anpassung der Parameter im Pulsstrom-Zeit-Profil optimiert werden. Die erhaltenen KLM- und AFM-Bilder zeigten, dass die PP-SnNi-Oberfläche feinere und kleinere Körner aufwies. Im Gegensatz dazu wies das DC-SnNi größere und gröbere Körner auf (Unterkapitel 5.4). Die Oxidbildung von SnNi-Proben wurde durch Wärmebehandlung und elektrochemische Passivierung erreicht. Bei der Wärmebehandlung wurden die SnNi-Proben im Ofen bei einer Temperatur von 300˚ C für 20 min erhitzt. Das Aussehen der SnNi-Oberfläche hat sich nach der Behandlung verdunkelt. Die Vorversuche wurden durchgeführt, indem die SnNi-Probe 3 Tage lang in eine 0,5 M Na2SO4-Lösung getaucht wurde. Was dazu führte, dass eine dünne blaue Oxidschicht mit braunen Flecken auf der Oberfläche des SnNi erschien. Die SnNi-Oxidbildung wurde elektrochemisch durch Passivierung der Oberfläche in alkalischer Lösung (1 M NaOH) in Gegenwart von 0,25 M Natriumsulfat beschleunigt. Nach 20 Zyklen bildete sich ein dünne feine Kristalle braune Oxidschicht. Ab 44 Zyklen erschien eine groben Kristtalitte blaue Oxidschicht über der braunen Schicht (Unterkapitel 4.4). Die XRD-Analyse zeigte, dass die Zusammensetzung der passivierten Schichten aller Proben aus gemischten SnNi-Oxiden besteht. Es liegen vermutlich Oxide in Form von NiOx, SnO2, SnO, Sn3O4 vor (Unterkapitel 5.7). In weiterführenden Versuchen könnte die genaue Zusammensetzung mittels XPS-Analyse ermittelt werden. Mittels FIB und REM-Analyse war es möglich, die Oxiddicke zu messen. Die warmbehandeltes-SnNi, Braunoxid-SnNi und Blauoxid-SnNi hatten eine Oxiddicke von 45 nm, 60 nm bzw. 80 nm (Unterkapitel 5.6)Vierpunkt-Widerstandsmessungen zeigen dass die Bildung von Oxiden auf der Oberfläche von SnNi den Schichtwiderstand und die elektrische Leitfähigkeit negativ beeinflusst. Dies sollte später in Betracht gezogen werden, ob sich dies auf die Leistung von PEM negativ auswirken wird. Die kombinierte EIS- und FIB-Analyse ermöglichte es, die Dielektrizitätskonstante von SnNi-Oxid näherungsweise zu bestimmen. Mit Hilfe der Plattenkondensator-Gleichung wurde die Dielektrizitätskonstante der einzelnen SnNi-Oxid berechnet (Unterkapitel 8.2). Die anodische Polarisation bei 2 V in Schwefelsäure (pH 3) zeigte, dass sowohl die warmbehandelte SnNi-Probe als auch das SnNi mit braunem Oxid einer 2-stündigen Polarisation standhalten konnten. Darüber hinaus wurden beide Proben einer weiteren zweistündigen anodischen Polarisation unterzogen, wobei beide nach 15 min versagten und sich auflösten. SnNi mit blauem Oxid war weitestgehend stabil, allerdings änderte sich die Farbe der Oberfläche und die Probe wurde durch Korrosion des Substratsan den Kanten beschädigt. Im Hinblick auf die Verbesserung der Stabilität der SnNi-Oxidschichten während der anodischen Polarisation könnte versucht werden, dünne SnNi-Schichten etwa 5 µm auf dem Substrat abzuscheiden. Dies könnte die inneren Spannungen der SnNi-Schichten schlecht erhöhen, jedoch durch Wärmebehandlung oder elektrochemische Oxidbildung behoben und verringert werden könnte. Die Verwendung eines Mehrschichtsystems aus blauen SnNi-Oxiden und braunen Oxiden mit Wärmebehandlung kann ebenfalls zur Verbesserung der Stabilität beitragen. Elektrochemische Passivierung der SnNi-Oberfläche in saurem Medium in Gegenwart von Natriummolybat könnte ebenfalls eine dünne Oxidschicht erzeugen. Molybat-Ionen können auch auf der SnNi-Oberfläche eindringen und die Korrosionsbeständigkeit erhöhen. Zur weiteren Untersuchung der Korrosionsbeständigkeit sollte die Wärmbehandlung von SnNi unter Variation von Zeit- und Temperatur erfolgen. Weiterhin sollte die Wärmbehandlung und die elektrochemische Passivierung von PP-SnNi in Natriumsulfat in Betracht gezogen werden, um eine höhere Stabilität zu erreichen.

Ziel der Arbeit war es, Schaltkontakte auf ihren thermischen Eigenschaften zu untersuchen. Mittels unterschiedlicher Verfahren sollten die Proben vor der LFA und nach der LFA charakterisiert werden, um ggf. Veränderungen bei den elektrischen Eigenschaften, Materialgefüge oder Oberflächenstrukturen auszumachen. Dabei wurden Proben untersucht, die eine Abmessung von ca. 10 x 10 mm hatten. Das Substrat bestand aus reinem Kupfer mit einer Dicke von ca. 5,5 mm. Die Unterseite des Kupfersubstrats hatten Bohrungen, die nicht durch das Material durchgehen. Auf der Oberseite des Substrates wurden unterschiedliche Silberlegierungen vom Hersteller aufgelötet. Als Schichtmaterial wurde AgC5 (senkrecht), AgNi (999, 90/10, 80/20) und AgSnO2 (86/14, 90/10) eingesetzt. Dabei wurden die AgSnO2 Proben zweimal mittels WPA und zweimal ohne WPA hergestellt, dieses wird in der Arbeit nicht näher betrachtet. Vor der Bestimmung der thermischen Eigenschaften mittels LFA wurde die Probenoberfläche mittels Profilometer untersucht. Hierbei wurde festgestellt, dass eine Vielzahl von Proben eine Krümmung aufweisen. Die Krümmung wurde von den Herstellern in Form gefräst, nach dem Lötvorgang. Auch konnte mittels Profilometer die mittlere Absoluthöhe der Proben bestimmt werden. Diese waren zwischen 7,4 mm und 8,14 mm hoch. Zudem wurden die Proben bei einer 50xFachen Vergrößerung untersucht, um Flächenrauheitswerte zu bestimmen. Der Flächenrauheitswert Sq lag bei den Proben zwischen 4,4 μm und 0,7 μm. Dabei wurde die höchste Rauheit bei den Proben mit 10 m-% bzw. 20 m-% Nickel erzielt und die geringste Rauheit bei der Probe AgNi 999. Diese Probe war die einzige Probe, die keine Nachbehandlung nach dem Löten bekommen hat. Neben den Profilometer Untersuchungen wurden die Proben mit der Röntgendiffraktometrie untersucht. Dabei wurden Reflexe für alle Materialien detektiert. Bei den Proben mit AgSnO2 wurde neben dem Silber und dem SnO2 zusätzlich Bi2Sn2O7 nachgewiesen. Bei der Herstellung der AgSnO2 Schicht wird Bismutoxid hinzugefügt, um die Mischbarkeit der Bestandteile zu verbessern. Vor und nach der LFA wurde jeweils die elektrischen Eigenschaften und eine RFA-Analyse durchgeführt. Bei der LFA wurden die Temperaturleitfähigkeiten aller Proben bei 30 ˚C, 100 ˚C, 150 ˚C und 200 ˚C bestimmt. Hier wurde festgestellt, dass die größten Abweichungen bei den Messwerten bei einer Temperatur von 30 ˚C stattfindet. Bei dieser Temperatur wurde auch eine Standardabweichung ca. ± 1,8 mm^2/s bestimmt. Von allen gemessenen Temperaturen war diese die höchste. Auch sinkt die Temperaturleitfähigkeit bei allen Proben zu höheren Temperaturen. Mittels der Messwerte konnte ein leichter exponentieller Verlauf der Temperaturleitfähigkeit festgestellt werden. Die Temperaturleitfähigkeiten der Proben bewegte sich in einem Bereich zwischen 113 mm^2/s und 120 mm^2/s. Durch die bekommenen Werte konnte die Wärmekapazität bestimmt werden, diese lag zwischen 160 Ws/(kg∙K^2 ) und 366 Ws/(kg∙K^2 ). Mittels des Geräts Olympus Nortec 600 wurden die elektrischen Leitfähigkeiten vor und nach der LFA bestimmt. Hierbei zeigte sich, dass die LFA kaum einen Einfluss auf die elektrische Leitfähigkeit des Materials hatte. Die höchste elektrische Leitfähigkeit wurde bei der Probe AgNi 999 mit ca. 63 MS/m festgestellt. Bei der Probe handelt es sich um ein Feinkornsilber, dies bedeutet der Anteil vom Nickel ist nicht höher als 1 m-%. Deswegen liegt die elektrische Leitfähigkeit auch sehr nah an der elektrischen Leitfähigkeit vom reinem Silber (60 MS/m). Der umgekehrte Fall ist bei der Probe mit 20 m-% Nickel der Fall. Hier ist viel Nickel im Silber vorhanden. Die elektrische Leitfähigkeit sinkt mit zunehmendem Anteil an Legierungselementen. Bei der Analyse mittels RFA zeigten alle Proben kaum bzw. keine spektralen Veränderungen. Die Bestandteile konnten alle identifiziert werden, außer Kohlenstoff und Sauerstoff. Diese beiden Elemente sind in der RFA nach nachweisbar. Auch die Element Mappings zeigten keine Auffälligkeiten. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass sich die elektrische Leitfähigkeit kaum verändert, hat nach der LFA. Mittels XRD und RFA wurden alle Elemente je nach Nachweismöglichkeit nachgewiesen. Bei der Bestimmung der Temperaturleitfähigkeiten wurde festgestellt, dass bei 30 ˚C die Messwerte sehr weit auseinander liegen und erst bei höheren Temperaturen die Streuung geringer wird. Die Temperaturleitfähigkeit nimmt zu höheren Temperaturen exponentielle ab. Schlüsselwörter: AgC, AgNi, AgSnO2, Schaltkontakte, thermische Eigenschaften, XRD, Profilometer, RFA, elektrische Leitfähigkeit, Temperaturleitfähigkeit

In der vorliegenden Arbeit wird der optische Pfad eines Streak-Kamera-Messsystems optimiert, getestet und zum Einsatz gebracht, um leistungsabhängige, zeitaufgelöste Photolumineszenz-Messungen zu realisieren. Im Gegensatz zur TRPL-Messung mit der TCSPC-Methode wurde in dieser Arbeit ein Streak-Kamera-System verwendet, um die Photolumineszenz-Eigenschaften von III-V-Halbleitern zu charakterisieren. Die verschiedenen Zeitkonstanten im Rekombinationsprozess wurden nach den Messungen unter Verwendung der von Gerber und Kleiman entwickelten Ratengleichungen getrennt. Ein Open-Source-Optimierungsverfahren von Großmann et al. wurde verwendet, um die Ratengleichungen anzupassen. In dieser Arbeit wird beschrieben, wie man ein Streak-Kamera-Messsystem aufbaut und die richtigen Messbedingungen einstellt, um TRPL-Messungen über vier Größenordnungen der Laserleistung durchzuführen. Die Ergebnisse und die ermittelten Zeitkonstanten wurden mit den Ergebnissen der TCSPC-Messung verglichen und diskutiert.

Das Resin Transfer Molding (RTM) ist ein Herstellungsverfahren für Faserverbundkunststoffe, das sich aufgrund kurzer Zykluszeiten und hohem Automatisierungsgrad in der Serienfertigung von Leichtbaukomponenten etabliert hat. Eine große Herausforderung ist jedoch die Entstehung von Lufteinschlüssen (Poren) während der Benetzung der Fasern durch das Harzsystem. Ziel dieser Arbeit ist die Analyse veränderlicher Materialparameter auf makro- und mikroskopischer Ebene während der gesamten Formfülldauer. Eine Einordnung und Bewertung bestehender Berechnungsmodelle zur Porenentstehung werden vorgenommen. Basierend auf den Mechanismen der Porenentstehung und der Betrachtung deren Einflussgrößen, erfolgt die Einführung eines Modells zur Entstehung von Poren an der Fließfront in einem Zweiskalenfließmodell. Im Fokus der Arbeit stehen die mikroskopische Permeabilität des Faserhalbzeugs, sowie die Materialparameter der modifizierten Kapillarzahl. Zur Berechnung der modifizierten Kapillarzahl werden die Temperatur- und Zeitabhängigkeit der Oberflächenspannung des Harzsystems und des Kontaktwinkels zwischen Fasern und Harzsystem ermittelt. Die Auswirkung der Änderungen auf den Porenanteil wird diskutiert. Die Abhängigkeit der mikroskopischen Permeabilität von der Werkzeugkompression wird in einem konzipierten Versuchswerkzeug mit verschiedenen textilen Halbzeugen und Lagenanzahlen untersucht. Geeignete Modelle zur Berechnung der Permeabilität werden ausgewählt und verglichen. Die Erkenntnisse tragen zur Charakterisierung und Beschreibung der Vorgänge an der Fließfront bei. Die Ergebnisse zeigen, dass die Berücksichtigung veränderlicher Materialparameter bei der Entwicklung geeigneter Injektionsstrategien förderlich ist, um den Porenanteil zu verringern.

In dieser Abschlussarbeit wird die Auswirkung des Ultraschallschweißens mit Kunststoffgehäusen auf darin eingekapselte, elektronische Bauteile untersucht. Hierbei steht der Einfluss von unterschiedlichen Kunststoffen aber auch der Schweißnahtgeometrien und Schweißparameter im Mittelpunkt. Es wird gezeigt, welchen Einfluss die Materialeigenschaften wie E-Modul oder Glasfasergehalt auf die Schwingungsbelastung sowie das Auftreten von Beschädigungen an elektronischen Bauteilen haben. Neben Vorversuchen zur Schweißbarkeit der gewählten Kunststoffe wird daher untersucht, ob ein höherer E-Modul zu mehr Beschädigungen und einer höheren Schwingungsbelastung führt. Dabei werden die verbauten elektronischen Komponenten nach dem Schweißvorgang äußerlich und mittels Schliffmikroskopie auf Beschädigungen untersucht. Außerdem wird die Schwingungsbelastung unter Variation des Gehäusematerials während des Schweißvorgangs mittels Laser-Vibrometer gemessen. Abschließend wurden Thermoschock-Tests bei Baugruppen ohne Beschädigungen durchgeführt, um Vorschädigungen durch den Schweißvorgang auszuschließen. Die Ergebnisse zeigen, dass die Einkapselung von elektronischen Komponenten vor allem bei Gehäusematerialien mit niedrigem E-Modul beschädigungsfrei möglich ist. Je höher der E-Modul und Glasfasergehalt, umso mehr Beschädigungen traten auf und umso größer war die Schwingungsbelastung. Hierbei spielen aber auch das jeweilige Gehäuse- und PCB-Design eine entscheidende Rolle.

Der Stand der Technik von wärmeleitfähigen Füllstoffen und Verbundwerkstoffen war recherchiert. Ein Überblick über mögliche verwendete Füllstoffe und Polymermatrizen war aufgewiesen, um die Mischbarkeit zwischen beiden und elektrische Isolierung von Verbundwerkstoffen zu garantieren. In Vorversuchen wurde der maximale Füllstoffgehalt verschiedener Füllstoffe ohne Auswirkung auf Verarbeitbarkeit getestet, um die Wärmeleitfähigkeit von ausgehärteten Verbundwerkstoffen zu erhöhen. Nach weiterer Untersuchung wurde der Verbundwerkstoff mit der höheren Wärmeleitfähigkeit durch den Vergleich der Verbesserung der Wärmeleifähigkeit von ausgewählten Füllstoffen bestimmt, der ein Kompromiss zwischen Verarbeitbarkeit und Wärmeleitfähigkeit.

Mobilität ist, wenn auch in psychologischen Studien weniger berücksichtigt, ein Grundbedürfnis und so alt wie die Menschheitsgeschichte. Darüber hinaus geht die Bedeutung von Mobilität einher mit gesellschaftlichen und wirtschaftlichen Veränderungen. Heute steht die Mobilität erneut vor einem Wandel: Digitale Vernetzung, autonomes Fahren, elektrische Antriebstechnik und das Angebot von Mobilitätsdienstleistungen bilden die Grundlage für die Mobilität von Morgen. Die Elektrifizierung des Antriebsstrangs ist durch die Weiterentwicklung der Lithium-Ionen-Akkumulatoren und politische Einflüsse, wie etwa Klimaziele der Europäischen Union, in den letzten Jahren stark vorangeschritten. Die Automobilhersteller stehen daher in den kommenden Jahren vor der Aufgabe, ihr derzeit angebotenes Produktportfolio umzugestalten. Dieser Wandel in den Portfolios der Automobilhersteller betrifft nachfolgend ebenso die Automobilzuliefererbranche: Neue Teile und Technologien werden von den Automobilherstellern nachgefragt. Aufgrund dessen plant der Automobilzulieferer ElringKlinger AG eine Rotor- und Stator-Fertigung für Elektromotoren. Hierbei kann bestehendes internes Know-how wie das Beschichten und Stanzen von Blechen sowie die Entwicklung von Klebstoffen auf die neue Produktserie transferiert werden. Die Rotoren und Statoren werden aus Elektroblechen in einem Scherschneideprozess ausgestanzt. Aus Gründen der Wirtschaftlichkeit und der Kapazitätserhöhung sollen drei Lagen des Elektroblechs gleichzeitig gestanzt werden. Hierfür werden die drei Lagen der Elektrobleche zum sogenannten Compound-Material verklebt. Die mittlere Lage wird zuvor beidseitig beschichtet und anschließend im Compoundier-Prozess mit der unteren und oberen Lage zwischen zwei Presswalzen geführt. Das Compound-Material wird durch die Presswalzen unter Druck- und Temperatureinwirkung zusammengefügt. Im Rahmen dieser Arbeit wurde das Serienkonzept der Compound-Fertigung erarbeitet und dafür verschiedene Anlagenkonzepte getestet. Die eingestellten Parameter des Compoundier-Prozesses (Temperatur in der Vorheizzone, Temperatureinwirkzeit sowie Druck und Temperatur des Presswalzenpaares) wurden mithilfe von Versuchen ermittelt. Außerdem wurden die Anforderungen an das Compound-Material definiert und ein geeignetes Prüfmittel für die Überwachung der Compound-Qualität validiert. Das am besten geeignete Serienkonzept für den Compoundier-Prozess besteht aus einer Doppelbandpresse mit pneumatischem Flächendruck in der Vorheiz- und Abkühlzone. Die Presswalzen müssen einen Liniendruck von mindestens 50 N/mm aufweisen. Während des Compoundier-Prozesses muss das Material auf 170˚C für 15 Sekunden erwärmt werden. Als adäquateste Prüfmethoden erwiesen sich Rollenschälversuche und Biegeversuche (vor allem 3-Punkt Biegeversuch), diese bilden die an das Compound wirkenden Kräfte im Folgeprozess ab.

Die Beschichtung von Schrauben mit Zink-Lamellen-Beschichtungssystemen in einer Tauch-Schleuder-Beschichtungsanlage mit sich gegenläufig zur Hauptdrehrichtung drehenden Körben, den Planeten, stellt eine Alternative zur galvanischen Verzinkung dar. Ziel dieser Arbeit ist die systematische Analyse diverser Einflussfaktoren auf die Morphologie und Eigenschaften der entstehenden Beschichtung, um daraus optimale Beschichtungsparameter für die Serienfertigung abzuleiten. Dazu wurde ein Optimierungsversuchsplan aufgestellt, in welchem die Anzahl der Grundierungs- und Überzugsschichten, die Hauptdrehzahl und die Planetendrehzahl variiert wurden. Für die Bewertung der hergestellten Schichten wurden die Haftung, vollständige Deckung, das Schichtgewicht, die Bitgängigkeit, die Eindringtiefe, die Schichtdicke, die Korrosionsbeständigkeit und die Drehmomente bei der Verschraubung untersucht. Als Optimum der Versuchsreihen wurde ein Beschichtungssystem aus zwei Lagen Delta Protekt KL 100 und einer Schicht Delta Seal Silber identifiziert. Das Abschleudern sollte mit der Haupt-drehzahl 180 U/min und der Planetendrehzahl 2 U/min erfolgen. Das mit diesen Parametern erzielte niedrige Schichtgewicht trägt positiv zur abschließend aufgestellten CO2-Bilanz des Beschichtungsprozesses bei. Die Summe der Emissionen übersteigt jedoch den CO2-Ausstoß einer galvanischen Verzinkung.

Diverse Kundenanforderungen, die sich nicht zwangsläufig mit den gängigen Abstufungen eines standardisierten Getriebebaukastensystems decken, erfordern es, in einigen Fällen eine auf den Punkt Auslegung durchzuführen, um eine für den Kunden bestmögliche Getriebekonfiguration anbieten zu können. Um den dahinterliegenden heute noch aufwändigen und kostenintensiven Prozess im zugehörigen Order Engineering zu vereinfachen sind automatisierte und digitalisierte Auftragsabwicklungen solcher Sonderlösungen notwendig. Die vorliegende Arbeit leistet dabei einen Beitrag, sich diesem Ziel zu nähern, indem sie ein Konzept anbietet, die notwendigen Verzahnungskorrekturen eines Getriebes automatisiert zu bestimmen. Gerade die Korrekturermittlung stellt eine immer wiederkehrende Aufgabe in einem solchen Auslegungsprozess dar. Sie dient der Effizienz- und Leistungsdichtesteigerung der Getriebe und wird heute zumeist noch händisch durchgeführt. Gleichzeitig benötigt diese Form der Auslegung weitreichendes Expertenwissen und den Einsatz von Expertentools. Intelligente Computerprogramme wie Rikor (Ritzelkorrekturprogramm der Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V.) bieten hierbei die Möglichkeit einer gezielten Korrekturauslegung. Die Kombination mit skriptbasierten Tools wie R (statistische Programmiersprache) ermöglicht es dann, Prozesse wie den Korrekturauslegungsprozess nachzubilden bzw. zu implementieren. Durch Einsatz von Standardkorrekturarten sind dabei geeignete Korrekturwerte und -arten für automatisch generierte Getriebe abzuleiten. Anschließend werden die aus den automatisch generierten Korrekturwerten folgenden Berechnungsergebnisse evaluiert. Die Daten aus dem vorangegangenen Arbeitsschritt dienen im Weiteren als Eingangsparameter für einen Regressionsalgorithmus. Dieser ist Teil der Erstellung eines Proof of Concept (Machbarkeitsnachweis) zur automatisierten Korrekturwertvorhersage. Dabei ist die Intention, die notwendigen Korrekturwerte anhand des Regressionsmodells bestmöglich vorherzusagen, anstatt immer wieder aufwändige Rikor-Berechnungen durchführen zu müssen. Dieser Versuch soll zeigen, ob die Parametervorhersage im betrachteten Anwendungsfall grundlegend möglich ist. Das Ziel ist damit eine Verkürzung der Rechenzeiten bei ähnlicher Aussagequalität und damit die Effizienzsteigerung des Getriebeauslegungsprozesses. Abschließend folgt eine Analyse der Ergebnisse und eine Einschätzung, ob der entwickelte Regressionsalgorithmus für die Korrekturparameterermittlung geeignet und damit der Proof of Concept erfolgt ist.

Die Systemmodellierung ist der übliche erste Ansatz in jedem Produktentwicklungszyklus. Er beginnt mit der Auswahl des Konzepts und der Überprüfung des Konzepts durch Simulationen. Das eigentliche Produkt wird auf der Grundlage des Konzepts entworfen. Das Produkt, in diesem Fall der Sensor, wird dann anhand von Simulationen validiert. Theoretisch muss sich das Produkt genauso verhalten wie das Modell. Mit der zunehmenden Komplexität und Leistung von Sensoren werden jedoch selbst nach der Verifizierung und Validierung des Sensorsystemmodells anhand aller möglichen Anwendungsfälle und Eingaben einige Messergebnisse mit dem tatsächlichen Produkt fragwürdig. Der Grund dafür könnte eine unzureichende Systemvalidierung oder ein Mangel an Simulationsdaten sein, mit denen die Messungen verglichen werden können, oder der Sensor könnte problematisch sein. Außerdem sind die meisten Labormessungen teuer und zeitaufwändig, da sie wiederholt werden müssen. Die Handhabung der Sensoren ist mit zunehmender Miniaturisierung der Sensoren extrem mühsam. Darüber hinaus wird ein erheblicher Teil der Zeit für die Charakterisierung und Auswertung der Testergebnisse aufgewendet, um die Leistungsparameter des Sensors zu ermitteln. Daher ist es hilfreich, Informationen darüber zu haben, ob das Ergebnis eines Tests eine Analyse wert ist. Diese Arbeit befasst sich erstens mit der Validierung des Systemmodells und zweitens mit der Verbesserung der Arbeitsmethodik durch den Vergleich der Simulations- und Messdaten, die beide Zeitreihen sind. Es wird eine Einführung in die Modellierung von MEMS (mikroelektromechanische Struktur) und Sensorausleseschaltungen gegeben. Zunächst wurde das Modell des Sensorsystems untersucht und modifiziert, um verschiedene Rauschquellen zu berücksichtigen. Anschließend wurden die Änderungen anhand von Messungen validiert. Zweitens wurde ein MATLAB-Skript zum Vergleich von Messung und Simulation durch Merkmalsextraktion implementiert. Ein Vergleich konnte für verschiedene Leistungsparameter durchgeführt werden. Als Beispiel wurde für den Nachweis des Konzepts der Diplomarbeit das Rauschverhalten des Sensors gewählt. Das Validierungsergebnis zeigte, dass das Modell im Hinblick auf das Rauschen noch verbessert werden kann. Einige der aus beiden Daten extrahierten Merkmale wiesen Ähnlichkeiten auf.

Die KME Mansfeld GmbH ist ein Hersteller von Kupferhalbzeugen mit Sitz im Süden Sachsen-Anhalts in Hettstedt. Das Produktportfolio von KME am Standort umfasst neben Walzerzeugnissen Strangpressprodukte wie Stangen und Profile aus Kupfer und Kupferlegierungen. Zur Überprüfung und Gewährleistung einer adäquaten Produktqualität werden die Stangen vor der Verpackung und Auslieferung einer Qualitätsüberprüfung unterzogen. Für ein spezielles Sortiment wird hierzu eine Wirbelstromprüfanlage verwendet. Diese Prüfanlage muss hinsichtlich ihrer Messsensibilität überprüft und kalibriert werden, um so als valides Fehlerdetektionssystem verwendet werden zu können. Durch diese Vorarbeit ist die Voraussetzung gegeben, dass eine anschließende Variation von Fertigungsprozessparametern beim Strangpressen mit dem Ziel der Produktqualitätsverbesserung, bewertet werden kann.

Der strukturelle Wandel zur Elektromobilität ist nicht nur in der Automobilindustrie, sondern ebenfalls in der Nutzfahrzeugbranche zu beobachten. Vor allem im Segment der leichten Nutzfahrzeuge mit einem zulässigen Gesamtgewicht von 3,5 t steigt die Anzahl an Modellen mit elektrischem Antriebsstrang. Allerdings führt das Mehrgewicht der Antriebsbatterie in Kombination mit dem zulässigen Gesamtgewicht zu einer reduzierten Nutzlast und Wirtschaftlichkeit der Fahrzeuge. Neben den Batteriezellen bietet insbesondere das vorwiegend aus Aluminium und Stahl gefertigte Antriebsbatteriegehäuse Potenzial für Leichtbau, welches durch den Einsatz von Faserverbundkunststoffen (FVK) genutzt werden kann. In der vorliegenden Arbeit werden zunächst die Grundlagen von FVK und batterieelektrisch angetriebenen Fahrzeugen sowie der Aufbau von Antriebsbatterien und deren gesetzliche Anforderungen erläutert. Auf Basis bestehender Anwendungen von FVK im Bereich von Batteriegehäusen werden innovative Konzepte mit im Pultrusionsverfahren gefertigten FVK-Komponenten entwickelt. Anschließend erfolgt eine Bewertung nach mechanischen, wirtschaftlichen und nachhaltigen Kriterien. Als Konzept mit dem höchsten Potenzial geht ein Gehäuse mit Komponenten aus Aluminium, CFK und GFK hervor, welches eine Gewichtsersparnis von 15,2 kg und 15,3 % gegenüber der Referenz aus Aluminium aufweist. Weiterhin wird eine Vorauslegung mithilfe analytischer und numerischer Methoden vorgenommen. Abschließend erfolgt die Entwicklung eines vollständigen Antriebsbatteriekonzeptes, bestehend aus dem Batteriegehäuse, HV-Komponenten sowie einem Kühlsystem. Insgesamt wird gezeigt, dass sich pultrudierte FVK für den Leichtbau von Antriebsbatteriegehäusen eignen. Für eine tatsächliche Anwendung bedarf es allerdings weiterer Auslegungs- und Validierungsmaßnahmen.

Das Aufkommen von Technologie und Innovation hat den Horizont für den Einsatz neuer Materialien und neuer Ideen zur Verbesserung der Leistung von Batterien erweitert. Das Hauptaugenmerk der Innovatoren liegt auf der Herstellung einer hocheffizienten Batterieelektrode, wobei die Forscher nun nach neuen Parametern suchen, die sie manipulieren können, um eine hochwertige Leistung und einen höheren Durchsatz zu erzielen. Diese Eigenschaften lassen sich anschaulich in ihre Strombelastbarkeit, die anhand ihrer charakteristischen Strom-Spannungs-Kurven oder sozusagen ihrer Speicherkapazität für eine große Anzahl von Zyklen gemessen werden kann, ihre Langlebigkeit, ihre hohe Strombelastbarkeit, ihre Lade- und Entladekurven, den Gehalt an interkaliertem Material (Gewichtsverhältnisse), eine größere Bandlücke, eine größere Oberfläche der Ioneninterkalation, einen geringeren Zerfall, eine höhere Stabilität usw. einteilen. Unsere Methode sieht eine einfache Zerkleinerung von MoS2 und Substituenten wie Pektin, Lignin und Gummi Arabicum vor, gefolgt von einer konventionellen Exfoliation in flüssiger Phase in flüchtigen Lösungsmitteln, die zu einer effizienten Exfoliation von MoS2-Nanoblättern in halbleitender hexagonaler Phase (2H-MoS2) und zur gleichzeitigen Herstellung von zweidimensionalen (2D) Nanokompositen aus 2H-MoS2 und Pektin/Gummi/Lignin führt. Darüber hinaus ermöglicht die Pektin-basierte Interkalation eine sehr schnelle Extraktion aus der Kathode, was eine höhere Mobilität der geladenen Ionen in Verbindung mit besseren Adsorptionselektroden gewährleistet, wodurch die Strombelastbarkeit von Natrium-Ionen-Batterien (SIBs) erhöht wird. Es wurde auch nachgewiesen, dass diese Nanokomposite gute Anodenmaterialien für Natrium-Ionen-Batterien (SIBs) sind, die bei einer Karbonisierungstemperatur von 1100℃ eine anfängliche Kapazität von 410 mAhg-1 aufweisen, die bei 700℃ allmählich auf 500 mAhg-1 ansteigt und schließlich bei einer Karbonisierungstemperatur von 900℃ einen sehr hohen Wert von 560 mAhg-1 erreicht. Wir haben uns auch bewusst bemüht, einen Kompromiss zwischen der Speicherkapazität und der Haltbarkeit der Elektrode zu finden, so dass unser Ziel darin besteht, die reversible Speicherkapazität zu erhöhen, ohne Kompromisse bei der Leistung, Haltbarkeit und Lebensdauer der Batterie einzugehen. Das Hauptaugenmerk unseres Projekts liegt darauf, zu entschlüsseln, wie kritisch der Einfluss der beteiligten Prozesse ist, im Wesentlichen die Anwendung schierer Kräfte beim Mahlen, die Flüchtigkeit und die Siedepunkte der Lösungsmittel, die Geschwindigkeit der zentrifugierten Dispersionen, um eine optimale sedimentierte Lösung zu erhalten, das Verhältnis der Rückhaltung der Überstände, um die Menge der abgeschälten Nanoblätter zu erhalten usw. Die Dauer, in der die einzelnen Prozesse ausgeführt werden, ist ein weiterer wichtiger Faktor für die Ausbeute. Daher haben wir Daten auf der Grundlage von Prozessparametern wie Mahldauer, Mahllösungsmittel, Beschallungsdauer, Anzahl der verwendeten Lösungsmittel und Zentrifugationsrate auf die erhaltenen ultradünnen 2D-Nanoblätter extrapoliert. Darüber hinaus werden Analysen und Schlussfolgerungen nach sorgfältiger Untersuchung des Absorptionsspektrums (UV-Vis-Analyse), der Rasterelektronenmikroskopie (SEM-Analyse), der Rasterkraftmikroskopie (AFM-Analyse), der Röntgenbeugung (XRD-Analyse) und der Leistungsmerkmale (Lade- und Entladezyklen) gezogen. Das Ziel dieser Verteidigung ist es, eine hocheffiziente Batterieelektrode herzustellen, die eine gute Stabilität für mehrere Zyklen, vergleichbare Abklingraten, eine hohe Speicherkapazität für noch größere Ionen, eine große Oberfläche für eine schnelle Ionentransferkinetik, optimale interkalierende Substituenten zur Vermeidung von Restacking und Verschlechterung der Elektrode und zur Nutzung der Eigenschaften eines Übergangsmetalldichalcogenids wie MoS2 bietet, indem es gerichtlich verwendet wird, um ultradünne Nanoblätter mit verschiedenen Tensiden und Lösungsmitteln zu exfolieren, um ein 2D-Nanokompositmaterial zu erhalten, das in SIBs verwendet werden kann.

Piezoelektrizität ist ein physikalisches Phänomen, das das elektrische und mechanische Verhalten bestimmter Materialien wie Quarz oder Langasit miteinander verbindet. Dieses Phänomen wird genutzt, um ein passives elektrisches Bauteil, einen so genannten Resonator, zu konstruieren, der bei elektrischer Anregung mit einer sehr genauen Frequenz schwingt. Diese Resonanzfrequenz wird für die Zeitmessung in elektronischen Geräten verwendet. Quarz ist dank seiner sehr guten piezoelektrischen Eigenschaften eines der am häufigsten verwendeten Materialien für die Herstellung von Resonatoren. Sein intrinsischer Qualitätsfaktor ist hoch, seine Empfindlichkeit gegenüber externen Parametern wie der Temperatur ist gering und er lässt sich leicht synthetisieren, was ihn für die Herstellung interessant macht.Die Konzeption eines hochfrequenten Quarzresonators, der sowohl leistungsfähig als auch von geringer Größe ist, stellt ein wichtiges Thema in der Mikroelektronik dar. Gegenwärtige MEMS-Oszillatoren (mikroelektromechanische Systeme) verwenden häufig Siliziumresonatoren, die leichter zu miniaturisieren, aber weniger leistungsfähig sind als Quarzresonatoren. Die Miniaturisierung von Quarzresonatoren würde es ermöglichen, die Leistung von MEMS-Oszillatoren zu verbessern und sie gleichzeitig zu verkleinern. Der Ausgangspunkt für die Konzeption unseres Quarz-MEMS-Resonators ist ein kreisförmiger Resonator mit einem Schermodus bei 100 MHz. Sein derzeitiges Volumen beträgt etwa 30 mm3 und soll durch etwa 10 geteilt werden. Eine Modellierung dieses Resonators wurde mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode (FEM) durchgeführt, um sein Verhalten zu beschreiben. Gleichzeitig wurde eine Forschungsarbeit über den Herstellungsprozess durchgeführt, da die in der Entwurfsphase erreichten Dicken sehr gering sind. Da es unmöglich ist Standardwafer zu verwenden, wurden "hybride" Wafer eingesetzt. Schließlich konnte eine Charakterisierungsarbeit durchgeführt werden, die erste Ergebnisse zeigte, die Grundschwingung, aber auch die fünfte Harmonische konnten gemessen werden.

Die analytische Formel für die gegenseitige Induktivität zwischen Filamenten ist ein wichtiger Bestandteil der analytischen Modellierung und der Modellierung mit quasi-finiten Elementen von elektromagnetischen Systemen. Frühere Techniken zur Bestimmung der gegenseitigen Induktivität zwischen Filamenten waren hinsichtlich der Form der Filamente zu starr. Je nach Geometrie und Ausrichtung der Filamente war oft ein eigener Satz analytischer Gleichungen zur Bestimmung der gegenseitigen Induktivität erforderlich. In dieser Studie wurde eine direktere und allgemeinere analytische Methode entwickelt, die die Berechnung der gegenseitigen Induktivität zwischen einem primären kreisförmigen Filament und einem sekundären Filament ermöglicht, das eine beliebige Form hat und in Bezug auf das primäre Filament zufällig im Raum ausgerichtet ist. Die entwickelte Methode basiert auf der Annäherung des sekundären Filaments an Punkte, die durch Liniensegmente im Raum verbunden sind, und wird im Weiteren als Segmentierungsmethode (SM) bezeichnet. Die Validierung der SM-Gegeninduktivität wurde anhand des in FastHenry verwendeten Standardalgorithmus durchgeführt, bei dem es sich um ein numerisches technik und Gleichungen durch Grover, Babic, und Poletkin handelt. Der Algorithmus wurde in MATLAB implementiert und zeigt die Vielseitigkeit der Methode für die Simulation von Fällen, in denen das sekundäre Filament eine n-seitlige form und komplexere Formen wie ein Ellipsenbogen, eine konische Helix und eine Spirale ist. Die SM-Genauigkeit wird anhand der Variation der Segmentanzahl geschätzt. Simulationen, die zur Untersuchung der Genauigkeit von SM für kreisförmige Filamente durchgeführt wurden, ergaben, dass ein prozentualer Fehler bis auf 0,1 % im Vergleich zu früheren Methoden erreicht werden kann, wenn das kreisförmige Filament in 75 Segmente unterteilt wird. Darüber hinaus wurde gezeigt, dass der prozentuale Fehler des Umfangs eines n-seitigen eingeschriebenen Polygons in Bezug auf den Umkreis des umschriebenen Kreises 0,1 % beträgt, wenn n 40 ist. Bei dem Versuch, die Rechenzeit zu verkürzen, kann diese Zahl als konservative Schätzung der Anzahl der Segmente angesehen werden. Aufgrund des analytischen Charakters dieses Ansatzes eignet er sich neben der Berechnung der gegenseitigen Induktivität auch für die Anwendung bei der Modellierung von elektromagnetischen Geräten.

Die effiziente Herstellung von Schichtmaterialien hat aufgrund ihrer einzigartigen physikalischen und chemischen Eigenschaften bei verschiedenen Energieumwandlungstechniken zunehmende Beachtung gefunden. Geschichtete Übergangsmetall-Dichalcogenide (TMD) und Metall-Phosphor-Trichalcogenide (MPT) sind potenzielle zweidimensionale (2D) Materialien mit abstimmbarer Zusammensetzung und elektronischer Struktur. In jüngster Zeit wurde die Anwendung von TMDs und MPTs in der Energieumwandlung, wie der elektrochemischen CO2-Reduktion und der Wasserspaltung, intensiv untersucht. In dieser Arbeit demonstrieren wir die einfache Herstellung von 2D-Nanoflocken (NF) aus TMDs und MPTs durch mahlunterstütztes Flüssigphasen-Exfoliation. Diese Exfoliationsmethode ermöglicht eine kostengünstige und leistungsfähige Herstellung von Nanoflocken mit wenigen Schichten und die Erzeugung von Defekten, die die aktiven Stellen der geschichteten Materialien freilegen. Dies ist vielversprechend für die Verbesserung der elektrokatalytischen Aktivität bei der Wasserstoffentwicklung und der elektrochemischen CO2-Reduktion. Wir haben auch versucht, 2D-Hybridmaterialien mit dieser Methode zu synthetisieren und die elektrochemische Aktivität der Produkte zu bewerten.

Die vorliegende Masterarbeit beschreibt die Weiterentwicklung eines alkalischen cyanidfreien Kupferelektrolyten und Implementierung in ein zentrales Analysen- und Wartungsprogramm zur Überwachung und Steuerung galvanotechnischer Prozesse. Dabei werden die galvanische Verkupferung aus cyanidfreien Elektrolyten im Theorieteil betrachtet und Experimente abgeleitet. Die Experimente wurden in Zusammenarbeit mit einem Industriepartner geplant, mit dem Ziel zur Lösung konkreter industrieller Probleme beizutragen. Als Schlussfolgerung daraus wurde die chemische Badzusammensetzung zum Schwerpunkt der Untersuchungen, da diese das Beschichtungsergebnis im Wesentlichen beeinflussen. Die elektrochemische Untersuchung des Elektrolyten leistet einen Beitrag zum Prozessverständnis und der Fehlervermeidung bei der alkalisch cyanidfreien Verkupferung. Das Forschungsvorhaben wird praktisch durch Hull-Zellen-, Leitfähigkeits-, Viskositäts- und Stromdichte-Potential-Untersuchungen umgesetzt. Die Daten werden anhand einer Literaturrecherche verglichen und mit bereits existierenden Datensätzen, seitens des Industriepartners, zusammengeführt. Ziel ist die Verbesserung des bereits bestehenden Elektrolytsystems. Das optimale Verhältnis Kupfer zu Komplexbildner liegt bei 1:2,8, bei 0,19 mol/l Kupfer im Elektrolyten. Eine erhöhte Arbeitstemperatur von 65 ˚C wirkt sich positiv auf die kathodische Stromdichte bei der Verkupferung aus. Die Leitfähigkeit des Elektrolyten wird stark von der Temperatur beeinflusst. Durch die Erhöhung der Viskosität der Elektrolytlösung sinkt die Leitfähigkeit des Elektrolyten ab. Die zu hohe Kupfer- und Komplexbildnerkonzentration kann eine inhibierende Wirkung bei der Abscheidung zur Folge haben. Mit der experimentellen Untersuchung des Kupferphosphonatelektrolyten wurden neue verfahrenstechnische Bedingungen sowie Konzentrationsbereiche definiert, die industriel bereits umgesetzt sind. In Zukunft muss geprüft werden, ob die verfahrenstechnischen Neuerungen die Standzeit und Ausschussquote des Verfahrens positiv beeinflussen.

Zweidimensionale (2D) organisch-anorganische Hybrid-Perowskite als eine spezielle Gruppe von Halbleitern mit abwechselnden organischen und anorganischen Schichten haben großes Interesse für Solarzellen und Leuchtdioden geweckt. Dies liegt an ihren natürlichen Vorteilen: den sperrigen hydrophoben organischen Kationen und dem dielektrischen Einschluss in der 2D-Schicht-Quantentopfstruktur, die im Vergleich zu ihren 3D-Gegenstücken die Luftstabilität erheblich verbessern und die Ionenbewegung unterdrücken kann. Darüber hinaus wirkt sich die chemische Struktur der organischen Kationen stark auf die optoelektronischen Eigenschaften von 2D-Hybridhalogenid-Perowskiten und Bauelementen aus. Die Korrelation zwischen der chemischen Struktur des organischen Kations und dem Ladungsträgertransport in 2D-Perowskiten wird jedoch weniger beachtet. In dieser Studie untersuchen wir mit Hilfe eines Feldeffekttransistors (FET) den Ladungsträgertransport in Sn(II)-basierten 2D-Perowskit-Dünnschichten unter Verwendung von Zinnjodid-basierten 2D-Perowskiten mit organischen Spacern auf Alkylammoniumbasis. Es wird gezeigt, dass eine subtile Änderung der Molekularstruktur des organischen Kations die Kristallinität und Oberflächenmorphologie erheblich beeinflusst, was wiederum den Ladungsträgertransport in Perowskitfilmen in FETs bestimmt. Schließlich wird eine klare Korrelation zwischen der Anzahl der Kohlenstoffatome in der Alkylkette und der Mobilität der Bauelemente festgestellt.

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit Grundsatzuntersuchungen zur pulvermetallurgischen Herstellung von Aluminiumschäumen mit der Zielsetzung, durch die Einbringung von Titanborid (Ti2B) -Verstärkungspartikeln eine Verbesserung der mechanischen Eigenschaften im Vergleich zum unverstärkten Schaum zu erreichen. Hierzu werden die Aluminiumlegierung AlMg4Si8 sowie die in unterschiedlicher Konzentration beigefügten Ti2B-Verstärkungspartikel mithilfe von Titanhydrid als Treibmittel aufgeschäumt und anschließend untersucht. Durch Druckversuche, welche in Anlehnung an die DIN 50134 Norm für zellulare Metalle durchgeführt werden, können Aussagen über die Veränderung der Druckfestigkeit und Materialsteifigkeit getroffen werden. Darüber hinaus werden die metallographisch vorbereiteten Schäume zusätzlich auf ihre Porengröße und Porenverteilung untersucht. Des Weiteren wird mittels EDX-Analyse die elementare Zusammensetzung der Schäume analysiert. Mit den gewonnenen Ergebnissen kann ein Verbesserungspotenzial durch die Einbringung der Verstärkungspartikel festgestellt werden.

Diese Arbeit beschreibt den Entwicklungsprozess einer numerischen und experimentellen Methodik zur Evaluierung von statischen Dichtungskonzepten zur effizienteren Bewertung virtueller Konstruktionsansätze. Bereits in frühen Entwicklungsphasen muss der Einfluss von geometrischen Festlegungen wie z.B. Verschraubungspositionierungen, insbesondere bei Dichtsystemen analysiert werden. Eine mögliche korrosive Unterwanderung der Dichtung bei z.B. Elektronikgehäusen kann zu einer Flüssigkeitskontaminierung funktionswichtiger Komponenten und dadurch zum Ausfall dieser führen. Entscheidend dabei ist, die Gestaltung des gesamten Dichtsystems inklusive Gehäuse- und Dichtungsmaterialien aber auch des geometrischen Aufbaus mit entstehenden Spalten. Zugrunde liegt die Annahme einer Korrosionsabhängigkeit von der Spalthöhe unmittelbar vor der Dichtung, da sowohl der Flüssigkeitsbenetzungsprozess durch den Kapillardruck als auch der Rücktrocknungsprozess beeinflusst werden. Eine Kopplung verschieden großer Kapillaren führt zu Unterschieden im Rücktrocknungsprozess des Spaltelektrolyten. Die verzögerte Rücktrocknung kleiner Kapillaren führt zu einer Verlängerung der Elektrolytreaktionszeit und resultiert in einem gesteigerten Abtragsprozess. Mithilfe numerischer FEM-Berechnungen und experimenteller Analysen werden Einflussparameter für die Entstehung ungünstiger Spalthöhen unmittelbar vor der Dichtung ermittelt. Die Durchführung von Druckmessfolien-Versuchen ermöglicht die Validierung der FEM-Simulationsergebnisse hinsichtlich resultierender Kontaktbereiche zwischen den Dichtsystembauteilen. Durch computertomographische Untersuchungen können nach der Montage der Dichtsystemkomponenten, in-situ die entstehenden Spaltöffnungen analysiert werden. Mithilfe der Durchführung von neutralen Salzsprühnebel-Versuchen nach DIN-EN-ISO 9227, konnte der Einfluss eines konstanten vor der Dichtung geöffneten Spaltes auf die Korrosion ermittelt werden. Es wurden Spalthöhen, ausgehend vom Standard-Spalt durch die Originalbedingungen und 0,09; 0,15; 0,25 und 0,3 [mm] eingestellt. Es wird aufgezeigt, dass konstant geöffnete Spalten vor der Dichtung zu einer Verbesserung der Unterwanderungsbeständigkeit führen. Eine Kopplung von ungleichmäßigen Kapillaren kann so verhindert werden, um den Rücktrocknungsprozess gleichmäßig zu gestalten. Aus den Ergebnissen abgeleitet werden konnte des Weiteren ein Beitrag zu einer internen Konstruktionsrichtlinie.

Mikrofluidik gewinnt in den letzten Jahren vor allem in den Bereichen Industrie und Forschung aber auch in Privatanwendungen gerade als sogenanntes "Lab-on-a-chip"-System immer mehr an Bedeutung. Diese mikrofluidischen Systeme sollen Funktionen eines modernen Labors auf einem Mikrochip erfüllen. Dafür ist zum Beispiel das präzise Transportieren von Fluiden notwendig. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Fertigung einer miniaturisierten Pumpe, die den magnetohydrodynamischen Effekt nutzt, der durch die Überlagerung von induziertem Strom und Magnetfeld eine das Fluid antreibende Lorentzkraft erzeugt. Im Rahmen dieser Masterarbeit werden mehrere Designkonzepte des eigentlichen Pumpenkörpers evaluiert und verglichen. Der Schwerpunkt wird dabei auf die Transparenz der Pumpe für eine optische Charakterisierung, die flüssigkeitsdichte Verkapselung sowie die Kompatibilität der Materialien mit dem Arbeitsmedium gelegt. Die drei vielversprechendsten Varianten werden anhand entworfener Prozesspläne mikrotechnologisch gefertigt und evaluiert. Als Ergebnis stehen mehrere verschiedene fluidisch dicht getestete Pumpenkörper mit integrierten Elektroden zur Verfügung, die für aufbauende Forschung verwendet werden können. Mit der vorliegenden Arbeit wird durch die Evaluation und Umsetzung verschiedener technologischer Ansätze die Grundlage für den Einsatz und die Weiterentwicklung von Pumpen auf Basis des magnetohydrodynamischen Effekts in mikrotechnologischen "Lab-on-a-chip"-Systemen gelegt.

Reaktive Materialsysteme, insbesondere Al/Ni-Mehrschichtfolien, werden seit Mitte des 20. Jahrhunderts erforscht. Diese Materialsysteme können als energetische Materialien kategorisiert werden, die über die eine der Festkörperflamme ausbilden können. Unter Verwendung von Stimuli wie elektrischem Strom können sich diese Materialien entzünden und eine sich selbs ausbreitende Reaktionsfron herausbilden, die sich durch eine nahezu homogene Reaktionsfrontgeschwindigkeit und Maximaltemperatur charakterisiert ist und dabei eine große thermische Energiemengen freisetzen. Dies erlaubt sie, als kontrollierbare Wärmequelle in verschiedenen Bereichen von Wissenschaft und Technik einzusetzen. Für das Materialdesign ist ein numerisches Modell auf der Grundlage der Finite-Elemente-Methode erforderlich, um das diffusionsgetriebene Reaktionsphänomen von Al- und Ni-Mehrschichtfilmen vorherzusagen. Ein solches Modell wurde entwickelt und angewandt, um: (i) den Einfluss der Umgebungsvariablen, der Materialeigenschaften und der Schichtdicke auf die Reaktionsfrontgeschwindigkeit und die Reaktionstemperatur reaktiver freistehender Ni- und Al-Mehrschichtfilme zu untersuchen; (ii) die Auswirkungen der Materialeigenschaften des Substrats, der Substratdicke und der Anfangstemperatur des Substrats auf die Reaktionseigenschaften und die Möglichkeit einer sich selbst ausbreitenden Reaktion oder ihrer Unterdrückung für Mehrschichtfilme auf einem Substrat; (iii) die Vorhersage der Möglichkeit einer Reaktion im sich selbst ausbreitenden Modus für Systeme, bei denen die Mehrschichtfilme zwischen zwei heterogenen Materialschichten eingeschlossen sind. Die Grundannahmen für das entwickelte Simulationsmodell waren wie folgt: (1) stöchiometrische Reaktion von Al und Ni, (2) es wird nur die NiAl-Phase existiert bei Temperaturen oberhalb der Schmelztemperatur von Aluminium herausgebildet, und (3) isotrope temperaturabhängige Materialeigenschaften. Zur Modellanpassung durch experimentelle Ergebnisse wurden diese Al/Ni-Multischichten durch Magnetron-Sputtertechnik mit einem Atomverhältnis von 1:1 hergestellt. Die Reaktionswärme der hergestellten Filme wurde durch differentielle thermische Analyse bestimmt. Die sich selbst ausbreitende Reaktion wurde durch einen elektrischen Funken auf der Oberfläche der Filme ausgelöst. Die Bewegung der Reaktionsfront wurde mit einer Hochgeschwindigkeitskamera aufgezeichnet. Die Röntgenbeugungsergebnisse bestätigten, dass alle Reaktionspartner reagierten und sich eine B2-NiAl-Phase herausbildeten. Die Aktivierungsenergie der sich selbst ausbreitenden Reaktion wird an die Geschwindigkeitsdaten aus der Hochgeschwindigkeitskameramessung angepasst, um das numerische Modell zu validieren.

Die Auswirkung einer anodischen Nachbehandlung auf das Korrosionsverhalten von mikrorissigen und konventionellen-Chrom(III) Beschichtungen wurde in dieser Masterarbeit untersucht. Die Korrosionsbeständigkeit der Proben wurde durch verschiedene Methoden wie beschleunigte Salzsprühnebeltests, coulometrische Schichtdickenmessung, linearer Polarisationswiderstandstest und Impedanzspektroskopie bewertet. Die galvanisch abgeschiedenen Proben wurden mittels Rasterelektronenmikroskopie (REM) und Röntgenanalyse (EDX) analysiert. Die Farbe der Proben wurde gemessen und verglichen, um die Auswirkungen der Nachbehandlung auf das optische Erscheinungsbild der Chromschicht zu untersuchen. Die Vickershärte der Proben wurde ebenfalls gemessen, um die Auswirkungen der anodischen Behandlung auf die Härte der Chromschicht zu untersuchen.

Im Rahmen dieser Masterarbeit wurden die frühen Stadien der Zinkabscheidung in einem sauren Sulfatelektrolyten auf Stahlsubstraten mit potentiostatischen Stromtransienten und in-situ Mikrogravimetrie (Quarzmikrowaage, QCM) untersucht. Die Abscheidung im Bereich des Abscheidungspotentials von Zink (-0,85 V vs. NHE) erfolgt durch spontane Nukleation und diffusionskontrolliertes zweidimensionales Wachstum. Die Auswertung der Massenzunahme mit hoher zeitlicher Auflösung in Abhängigkeit von der geflossenen Ladungsmenge mit der QCM zeigte, dass in den ersten Sekunden der Zinkabscheidung fast ausschließlich Wasserstoffentwicklung stattfindet. Weiterhin wurde das dendritische Wachstum bei Gleichstrom-, Pulsstrom- sowie Puls-Umkehrabscheidung in der Hull-Zelle untersucht. Dabei zeigte sich, dass Pulsstrom gegenüber Gleichstrom bezüglich des dendritischen Wachstums keinen Vorteil hat. Bei Puls-Umkehrabscheidung setzt die Dendritenbildung signifikant später ein.

In der Umwelttechnik gibt es einen großen Bedarf an Verfahren für den Abbau von Gefahr- und Problemstoffen. Ziel der Arbeit ist es, ein reproduzierbares und gut skalierbares Verfahren zur Abscheidung von photokatalytisch wirksamen Substanzen auf verschiedenen Trägermaterialien zu entwickeln. Dazu wurde eine geeignete Apparatur konstruiert und gefertigt. Die verwendeten Ausgangsstoffe sind kommerziell erhältliche Faserträgermaterialien und photokatalytisches Pulver. Die Proben werden materialwissenschaftlich begutachtet. Die Eignung der so hergestellten Proben, als Photokatalysator in einem kommerziell erhältlichen Luftreinigungsgerät wird untersucht und diskutiert. Die erzielten Abbauraten für einen beispielhaften Luftschadstoff sind vergleichbar mit kommerziellen Systemen.

In dieser Studie wird die Reinigung von künstlich und natürlich bewittertem Kalk-Natron-Floatglas untersucht. Es wurden organische, anorganische nicht-metallische, metallische und salzhaltige Verunreinigungen ausgewählt, um mögliche Schäden an Floatglas bei Kontakt mit diesen zu untersuchen. Vogelkot, Zementstaub, Aluminiumpartikel und Natriumchlorid wurden auf der Glasoberfläche aufgebracht. Die vier Verunreinigungen veränderten die Glasoberfläche in unterschiedlichem Maße. Die Glasproben wurden in einer Klimakammer einen und sieben Tage lang bewittert. Eine andere Gruppe von Glasproben wurde in Ilmenau, Deutschland, 50 Tage lang im Freien gelagert (20 Tage ungeschützt und 30 Tage geschützt). Vor und nach der Bewitterung wurden die Glasproben mit drei Reinigungsmitteln gereinigt (DI-Wasser, Zitronensäure und ein handelsübliches Glas reinigungsmittel). Die gewählten Reinigungslösungen lieferten unterschiedliche Reinigungsergebnisse für die Glasoberflächen. Je nach Bewitterungseinwirkung (künstlich oder natürlich) scheinen sich die Verunreinigungen unterschiedlich auf die Glasoberflächen auszuwirken. Bei der Bewitterung im Freien haften Ablagerungen unterschiedlich auf der mit verschiedenen Reinigungslösungen behandelten Glasoberfläche. Darüber hinaus wird die Wirksamkeit eines handelsüblichen Schutzmittels mit den gewählten Reinigungsmitteln verglichen. Die optische Mikroskopie wurde genutzt, um Bewitterungsprodukte zu lokalisieren und die Veränderung der Glasoberfläche zu bewerten. Energiedispersive Röntgenspektroskopie (EDX) und Auger-Elektronen-Spektroskopie (AES) wurden zur chemischen Identifizierung der nicht entfernten Verwitterungsprodukte eingesetzt. Die Oberflächenanalyse wies auf das Vorhandensein von Chloriden und Karbonaten aus den Verwitterungsprodukten hin und auf größere Delaminierungseffekte bei Glas, das geschützt vor direktem Beregnen dem Wetter ausgesetzt war. Es wurde festgestellt, dass die Reinigungsmittel die Entfernung von Verunreinigungen und die Haltbarkeit des Glases unterschiedlich beeinflusst haben.

Die Grenzflächeneigenschaften von Oberflächen werden maßgeblich durch deren Mikro- und Nanostrukturierung beeinflusst. Zu diesen Eigenschaften zählt beispielsweise der Grad der Benetzbarkeit, die optischen Eigenschaften oder auch die Hafteigenschaften. Sie sind für technologische Anwendungen sehr interessant und werden in diversen Bereichen bereits gezielt eingesetzt. Die Erzeugung dieser mikro- und nanostrukturierten Oberflächen mit den Standardverfahren der Mikrosystemtechnik sind jedoch aufwändig und kostenintensiv. Ein zielführender Weg ist die direkte Replikation von natürlichen Oberflächen mit funktionalen Eigenschaften und deren parallele Übertragung auf mikrotechnische Substrate und Strukturen. Dieser Ablauf wird bisher jedoch in keinen reproduzierbaren Prozess integriert. Ziel dieser Arbeit ist es, einen solchen Prozess zu entwickeln. Dazu werden zuerst von den ausgewählten Naturoberflächen Negative der Oberflächenstrukturen aus PDMS erstellt. Diese sogenannten weichen Stempel werden anschließend in einen Lack mittels Soft Stamp UV-Lithografie übertragen. Abschließend erfolgt ein Ätzen der Imprints in das darunterliegende Zielsubstrat. Gegenstand dieser Untersuchungen sind die Beispieloberflächen hydrophober Blätter wie Kohlrabi, Rose oder Kapuzinerkresse. Mit Hilfe eines optimierten Regimes zur Erzeugung von weichen Negativen können Strukturen der biologischen Proben parallel und schnell übertragen werden. Die Messungen zeigen, dass die ausgewählten Pflanzenproben Strukturen in einem Höhen- und Breitenbereich von 5-10 [my]m bzw. 20-120 [my]m aufweisen. Strukturbreiten dieser Größenordnung sind auch auf den erstellten PDMS-Stempeln, Imprints und geätzen Siliziumchips zu finden. In den PDMS-Stempeln werden außerdem die gleichen Strukturhöhen gemessen. Die Ergebnisse zeigen, dass eine Strukturtreue mit einer Abweichung von unter 5 % bei der Replikation vorhanden ist. Zur erfolgreichen Übertragung der Strukturhöhen in einen Lack, muss dessen Mindesthöhe den Maximalwerten der Strukturhöhen entsprechen. Der vorhandene Lack AMONIL MMS4 besitzt eine Höhe von 0,2 [my]m. Anhand einer Kontaktwinkelmessung werden die Benetzungseigenschaften der Imprints und geätzten Siliziumchips ermittelt. Durch die aufgebrachte Strukturierung ist keine Veränderung der Benetzungseigenschaften zu den unstrukturierten Vergleichsproben festzustellen. Dies lässt sich auf die begrenzende Lackhöhe zurückführen. Durch eine wiederholte Prozessdurchführung und Auswertung der Strukturen der einzelnen Schritte wird die Strukturtreue und Reproduzierbarkeit des erarbeiteten Prozesses verifiziert. Die LSM- und REM-Aufnahmen, sowie die statistische Auswertung der Ergebnisse zeigen, dass die Mikrostrukturen der Blattoriginale abgeformt werden können. Damit leistet die Arbeit einen wichtigen Beitrag, biologische Oberflächen zu replizieren und in technische Anwendungen zu überführen. So kann für zukünftige Forschungsvorhaben in diesem Bereich der erarbeitete Prozessplan als Ausgangspunkt genutzt werden.

Übergangsmetall-Dichalcogenide(TMD) sind eine Klasse von zweidimensionalen(2D) Materialien jenseits von Graphen, die aufgrund ihrer neuartigen Eigenschaften intensiv erforscht werden. Allen voran steht Molybdändisulfid (MoS2) im Zentrum des Interesses, insbesondere für die Herstellung von extrem skalierten Transistoren. Für die Herstellung von Bauelementen ist es unbedingt erforderlich, das Material mit verschiedenen, für die gewünschten Anwendungen geeigneten Herstellungsverfahren zu strukturieren. Im Fokus dieser Arbeit steht die Entwicklung eins geeigneten Plasmaätzrezeptes zur Strukturierung von ein- und mehrlagigen Flocken bestehend aus Molybdändisulfid, die für die Herstellung von Mikro- und Nanobauteilen verwendet werden können. Mit Hilfe der mechanischen Exfoilation wurden MoS2-Flocken mit wenigen Schichten hergestellt, die mit Hilfe der PDMS-Trockentransfermethode auf ein Si/SiO2-Substrat übertragen wurden. Zusätzlich wurde auch gesputtertes MoS2 für die Ätzexperimente verwendet. Gesputterte Molybdändisulfidschichten wurden auf dem Si/SiO2-Substrat unter Verwendung von Lackmasken sowohl durch ein Lift-off-Verfahren als auch mittels Plasmaätzen strukturiert. Die Layouts mit genau definierten Abmessungen wurden mittels Elektronenstrahllithographie hergestellt. Ein glattes Si/SiO2-Substrat wurde mit einem positiven Elektronenstrahllackstapel aus PMMA/Co-PMMA beschichtet, belichtet und entwickelt. Danach wurde Molybdändisulfid durch reaktives Sputtern abgeschieden. Der Lift-off wurde mit Dimethylsulfoxid (DMSO) durchgeführt. Das Ergebnis waren präzise MoS2-Strukturen. Für die Strukturierung von MoS2 wurde ein reaktives Ionenätzverfahren (RIE) entwickelt und untersucht. Zu diesem Zweck wurde Novolak-basierter Negativresist als Maske verwendet. Das Ätzverfahren besteht aus einem Cl2 +O2-Plasmaschritt, gefolgt von einem zusätzlichen O2-Schritt. Der Zweck des nachfolgenden O2-Schrittes besteht darin, die im Ätzprozess gehärtete Resistschicht auf der Oberseite des Lackes zu entfernen, um eine bessere Lackentfernung zu ermöglichen. Es wurde festgestellt, dass die Ätzrate von MoS2 besser kontrolliert werden kann, wenn eine geringere CCP-Leistung verwendet wird, ohne die MoS2/SiO2-Selektivität wesentlich zu beeinflussen. Sowohl das exfolierte als auch das gesputterte MoS2 wurden mit dem entwickelten Rezept für das reaktive Ionenätzen erfolgreich strukturiert.

Silizium (Si) gilt als einer der Kandidaten für den Ersatz von Graphit in Anoden von Lithium-Ionen-Batterien, da es mehr Energie speichern und somit die Leistungsfähigkeit verbessern kann. Die hohe mechanische Beanspruchung reinen Siliziums, die durch die starke Volumenänderung während der Lade- und Entladezyklen verursacht wird, sowie seine geringe elektrische Leitfähigkeit haben jedoch bislang eine breite Verwendung verhindert. Daher werden in dieser Arbeit Siliziumkomposite untersucht, um ihre kommerzielle Verwendbarkeit zu verbessern. Die folgende Studie konzentriert sich auf die Synthese und elektrochemische Untersuchung von Ti3C2 MXene-Silizium-Kompositen für Batterieanoden. Ti3C2 ist ein zweidimensionales Material, dessen gute mechanische Festigkeit und Leitfähigkeit dazu beitragen kann, die Probleme von Si-Anoden zu lösen. Die Charakterisierung der Ausgangsmaterialien (Si und Ti3C2 MXene Partikel) bestand in der Untersuchung ihrer Morphologie durch Rasterelektronenmikroskopie (REM), ihrer Größenverteilung mittels dynamische Lichtstreuung (DLS), ihrer chemischen Zusammensetzung durch energiedispersive Spektroskopie (EDS) und ihrer Kristallstruktur durch Röntgenbeugung (XRD). Elektroden unterschiedlicher Zusammensetzung wurden durch Herstellung einer Elektrodensuspension und anschließendes Rakeln auf eine Kupferfolie aufgebracht und durch optische Mikroskopie und SEM charakterisiert. Außerdem wurden Halbzellen mit diesen Elektroden hergestellt und Lade-Entlade-Zyklen bei verschiedenen Stromstärken durchgeführt. Zusätzlich wurden die elektrochemischen Prozesse durch elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS) untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass Si durch das Hinzufügen von 20 bis 40% Ti3C2 zwischen 80 % und 89 % seiner theoretischen Kapazität erreichen kann. Im Vergleich dazu konnten mit reinem Si nur 56 % der theoretischen Kapazität erreicht werden. Diese Verbesserung erklärt sich durch eine Reduktion des Ladungsübergangswiderstands, die in den EIS-Ergebnissen beobachtet wurde. Die Elektrode mit 80 Gew.% Si und 20 Gew.% Ti3C2 erreichte die beste spezifische Kapazität nach 100 Lade-/Entladezyklen (640 mAh/g) gegenüber der der Si-Elektrode (572 mAh/g).

Die vorliegende Masterarbeit mit dem Titel "Untersuchung des Einflusses von Nickelbeschichtungen auf die Laserstrahlschweißeignung von Kupferwerkstoffen" beschäftigt sich mit Grundsatzversuchen an nickelbeschichteten Kupferproben mit der Zielsetzung, das Laserstrahlschweißverhalten der unterschiedlich aufgebrachten Nickelschichten zu analysieren und zu dokumentieren. Die Schweißversuche wurden an einer Laserzelle, die mit einem Sechsachsroboter der Firma KUKA ausgestattet ist, durchgeführt. An diesem sind eine Blackbird-Schweißoptik sowie ein IPG Faserlaser angeschlossen. Die Grundsatzversuche wurden an den Verschaltungen der Elektromotoren bzw. Statoren mit der ZF internen Bezeichnung "HX 243 HA" und "8P 4.Gen. PHEV" durchgeführt. Hierfür erfolgten drei unterschiedliche Beschichtungsmethoden. Diese gliederten sich in die galvanische Nickelabscheidung, chemische Nickelabscheidung und in die galvanische Nickel-Zinn-Abscheidung auf. Des Weiteren wurden die Schichten in drei unterschiedliche Schichtdicken 3 [my]m, 8 [my]m und 16 [my]m unterteilt. Bei den chemisch abgeschiedenen Nickelschichten erfolgte zudem eine Einteilung bezüglich des Phosphorgehaltes in niedrig-, mittel- und hoch phosphorhaltigen Schichten. Durch diverse Untersuchungsmethoden wie Sichtprüfung, Hochgeschwindigkeitsaufnahmen, metallographischer Untersuchung, stellten sich zwei Schichten, zum einen die galvanische Nickelschicht mit 3 [my]m Schichtdicke und die chemische Nickelschicht mit 3 [my]m und niedrigem Phosphorgehalt, als zielführend heraus. Des Weiteren konnte im Zuge dieser Arbeit die Ursache des aktuellen Serienproblems der Verschaltung HX 243 HA bezüglich Oberflächenqualität und mangelhaftem Anbindungsquerschnitt festgestellt und Gegenmaßnahmen abgeleitet werden.

Seit einigen Jahren wird Yttrium-Aluminium-Granat (YAG) zunehmend in Weißlicht-LEDs oder als Laser-aktives Material eingesetzt. Eine Glasfaser mit Ce3+:YAG-Kristalliten im Faserkern könnte in der Faser blaues Laserlicht in weißes Licht umwandeln und stünde als miniaturisierte, flexible Weißlichtquelle für verschiedenste Anwendungen zur Verfügung. Die einfache Kern-Mantel-Struktur herkömmlicher optischer Glasfasern ist jedoch nicht ideal zum Führen des erzeugten Weißlichts. Diese Masterarbeit widmet sich der Entwicklung und Herstellung von mikrostrukturierten Glasfasern, die das Prinzip der Totalreflexion in der Glasfaser nutzen, um die Weißlichtausbeute der Faser zu erhöhen. Diese Art von Faser kann als mikrostrukturierte Glasfaser mit einem Ce3+:YAG-Glaskeramikkern bezeichnet werden. Zur Herstellung der Preform der mikrostrukturierten Glasfaser mit Ce3+:YAG-Glaskeramikkern werden verwendet: ein AR-Glasrohr mit einem Außen-/Innendurchmesser von 8/7 mm als äußerer Mantel, 6×AR-Glasrohre mit einem Außen-/Innendurchmesser von 1,4/1,2 mm als mittlerer Mantel, ein AR-Glasrohr mit einem Außen-/Innendurchmesser von 4/3 mm als innerer Mantel und Ce3+:YAG-Pulver + SF57-Glaspulver als Kernteil der Preform. Das gemischte Pulver im Kern der Preform muss mit einer hydraulischen Presse zu Zylindern gepresst und dann in die Preform gefüllt werden. Zur Optimierung des Faserziehprozesses wurden die Preformmaterialien und die Faserziehparameter variiert. Verschiedene Mikrostrukturdesigns wurden getestet. Das vielversprechendste Mikrostrukturdesign ist eine geometrische Struktur mit nur 6 AR-Glasrohren als Zwischenmantel.

Der Verkehrssektor stellte im Jahr 2020 den drittgrößten CO2-Produzenten in Deutschland dar. Eine Möglichkeit in diesem Sektor Emissionen zu senken, besteht im Umstieg auf die Elektromobilität. Trotz eines großen Angebots an elektrisch angetriebenen Automobilen diverser Hersteller, schließen nach wie vor viele Menschen die Anschaffung eines batterieelektrischen Fahrzeugs für sich aus. Aus diesem Grund ist es nötig, Kaufanreize zu schaffen. Eine Möglichkeit besteht hierbei in der Verkürzung der Ladezeit und einer Steigerung der Batterielebensdauer. Bei beiden Aspekten stellt die Alterung der Lithium-Ionen-Batterie in Folge des Auftretens von Lithium-Plating ein großes Problem dar. Aus diesem Grund wurde der Degradationsmechanismus im Rahmen dieser Arbeit untersucht. Auf Basis einer Erprobung und Optimierung von Laborzellen, welche für entsprechende Versuche eingesetzt werden sollten, war es das Ziel im Anschluss den Einfluss von Druck und Temperatur auf das Platingverhalten zu untersuchen. Mit Hilfe der Anwendung von Coulometrie und elektrochemischer Detektion konnte gezeigt werden, dass mit sinkender Temperatur das Plating-Verhalten zunimmt. Versuche zum Druckeinfluss konnten hingegen nicht durchgeführt werden, da in den dafür vorgesehenen Laborzellen kein Plating erzeugt werden konnte. Hierfür wurde jedoch durch die Neukonstruktion eines Laborzellenformats eine mögliche Grundlage geschaffen, um dies künftig weiter erforschen zu können. Abschließend wurde unter Einsatz einer Nutzwertanalyse ein Vergleich angestellt und gezeigt, dass eine weitere Optimierung des betreffenden Zellaufbaus sinnvoll ist.

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem letzten Prozessschritt der Mikrostrukturierung des fotostrukturierbaren Glases FS21 - dem Ätzen. FS21 besitzt fotosensitive Eigenschaften, weshalb nach vorheriger partieller UV-Belichtung und Temperaturbehandlung nur in den belichteten Bereichen Lithiummetasilicatkristalle entstehen. Durch Anwendung von nasschemischen Ätzprozessen mit verdünnter Fluorwasserstoffsäure wird ein bevorzugter Ätzangriff der kristallisierten Bereiche erzielt. Durch Anwendung eines trockenchemischen Ätzprozesses mit fluorbasierten Ätzgasen wird hingegen eine umgekehrte Ätzselektivität beobachtet. Zur Aufklärung der umgekehrten Ätzselektivität werden basierend auf der Literatur und eigenen Annahmen zwei Hypothesen aufgestellt. Zum einen wird angenommen, dass die lokale Verfügbarkeit von Wasserspezies an der Grenzfläche für die umgekehrte Ätzselektivität bei trockenchemisch geätzten Proben verantwortlich ist. Aus diesem Grund werden die beiden betrachteten Ätzverfahren hinsichtlich des Gehalts an Wasserspezies in den Ätzmedien variiert. Es folgt die Analyse der geätzten Probenober- und bruchflächen durch REM-, AFM-, FTIR-ATR- und SNMS-Analysen, sowie die Bestimmung der Ätzraten. Zum anderen wird angenommen, dass durch trockenchemische Ätzprozesse Oberflächenpolymere abgeschieden werden, die in Kombination mit rückgesputterten Substratteilchen nur in den kristallisierten Bereichen selbstmaskierende Eigenschaften besitzen. Zur Untersuchung dieser Annahme werden das polymerisierende Ätzgas CF4 und das nicht polymerisierende Ätzgas SF6 eingesetzt und die erzeugten Polymerschichten ebenfalls durch REM, SNMS und FTIR-Analysen untersucht. Es wird deutlich, dass die Morphologie der geätzten Oberfläche von den Eigenschaften des unterliegenden Substrats abhängig ist und sich innerhalb der Glas- und Glaskeramikbereiche stark unterscheidet. Abschließend wird die Vermutung aufgestellt, dass Polymerschichten, die auf den Glaskeramikbereichen erzeugt werden, mechanische Eigenschaften aufweisen, die einem physikalischen Angriff besser Stand halten als Polymerschichten, die auf den Glasbereichen abgeschieden werden. Auf dieser Grundlage werden nur die Glaskeramikbereiche selbstmaskiert, weshalb sich die Ätzselektivität insgesamt im Vergleich zum Nassätzen umkehrt.

Solid-state Dewetting (SSD) ist eine einfach Methode zu Herstellung metallischer Nanopartikel. Unglücklicherweise bilden diese Partikel normalerweise keine geordneten Arrays auf flachen, unstrukturierten Substraten, weshalb die Substrate mit teuren, zeitaufwendigen 2D-Fertigungsmethoden strukturiert werden müssen. Eine Alternative zu diesen Methoden könnten nanostrukturierte Dünnschichten sein, welche mittels einer Abscheidung in schrägen Winkeln (oblique angle deposition (OAD)) hergestellt werden. Diese Schichten bilden eine Oberfläche aus Bündeln von Nanosäulen in periodischer Anordnung, welche als Vorlage für die Herstellung von Nanopartikeln via SSD dienen könnte. Diese Idee wird in der vorliegenden Arbeit mit Hilfe von verschiedenen nanostrukturierten Golddünnschichten auf flachen Si/SiO2-Substraten, welche mittels OAD in zwei unterschiedlichen Winkeln abgeschieden worden, untersucht. Der Einfluss dieser Abscheidungsparameter auf den SSD-Prozess von Gold wird anhand der Veränderungen der Morphologie und der optischen Eigenschaften aufgezeigt. Es wird gezeigt, dass die Abscheidungsparameter zur Einstellung des Template-Effekts verwendet werden können. Der Abscheidungswinkel zeigt einen größeren Einfluss als die Struktur der Nanosäulen.

Formgedächtnispolymere sind Polymere, die in der Lage sind, durch einen äußeren Anreiz, von ihrer, durch eine thermomechanische Behandlung erzeugten, temporären Form, in die Originalform zurückzukehren. Thermoplastische Polyurethane können solche Formgedächtnispolymere sein. Die vorliegende Arbeit hat das Ziel neue Formgedächtnispolymere zu finden, um das Sortiment, der bisher existierenden Formgedächtnispolymere zu erweitern und somit das Anwendungsfeld auszuweiten. Zunächst wurden thermoplastische Polymere mit einer variierenden chemischen Zusammensetzung untersucht. In einer ersten Versuchsreihe variierte das Weichsegment, welches die thermischen Eigenschaften bestimmt. Die zweite Versuchsreihe variierte die verwendeten Kettenverlängerer und Diisocyanate für Polyhexylenadipat-Polymere. Aus der Charakterisierung dieser Polymere konnte auf Struktur-Eigenschafts-Beziehungen geschlossen werden. Diese Analysen verdeutlichten, dass der Zweiweg-Formgedächtniseffekt nicht allein von der Kristallinität der Polymere abhängig ist. Eine weitere Versuchsreihe beschäftigte sich mit der Optimierung der Formgedächtnisaktorik von einem programmierbaren Polymer durch eine geometrische Änderung der aktuierenden Bauteile. Hierzu wurde ein Messstand konzipiert, welcher die reversible Bewegung bei verschiedenen Auslenkungen für Probebalken mit variierenden Querschnittsflächen, sowie die erzeugte Kraft während des Formgedächtniseffektes ermittelt. Die Messungen präsentieren, dass eine Geometrieänderung die Formgedächtnisaktorik optimieren kann und dadurch eine Materialeinsparung möglich ist. Das ermöglicht den Einsatz von programmierbaren Polymeren in Bereichen wie der Soft Robotic. Zusätzlich zu den Polymeren wurden auch Polyurethanschaumstoffe auf eine Anwendung als Formgedächtnispolymer untersucht. Hier variierten ebenfalls die Bestandteile, um Struktur-Eigenschaft-Beziehungen zu verdeutlichen. Die untersuchten Schäume führten einen Zweiweg-Formgedächtniseffekt spannungsfrei und unter konstanter Spannung aus. Die bestimmte Wärmeleitfähigkeit macht eine Anwendung als Dämmmaterialien möglich. Zudem wurden die untersuchten Schaumstoffe recycelt, wobei sich das Pressen als geeignetste Methode erwies. Eine Charakterisierung nach dem Recyceln zeigte, dass das recycelte Material nach einer Programmierung einen Einweg- und Zweiweg-Formgedächtniseffekt ausüben kann.

Piezoelektrische Keramiken spielen eine wichtige Rolle in zahlreichen Anwendungsbereichen der Industrie, in der Medizin, in der Elektronikbranche und im zivilen Leben. Aufgrund hervorragender piezoelektrischer Eigenschaften, hoher Curie-Temperaturen und einer gut beherrschbaren und anpassbaren Prozessroute werden meist Bleizirkonattitanat (PZT)-Werkstoffe als piezokeramisches Material eingesetzt. Angesichts des hohen Anteils an giftigem Blei in PZT-Verbindungen und drohender Gesetzesverschärfungen bzgl. des Einsatzes von Blei in piezokeramischen Werkstoffen, ist man heutzutage mehr und mehr bestrebt bleifreie Alternativen zu finden. Unter den bleifreien Piezokeramiken werden Bi0,5Na0,5TiO3 (BNT)-basierte Werkstoffe hinsichtlich hoher Curie-Temperaturen und hohen piezoelektrischen Eigenschaften als vielversprechende Kandidaten angesehen. Jedoch beschränkt sich der Einsatz von BNT-Keramiken bisher auf spezielle Anwendungen aufgrund der schwierigen Herstellung von dichten BNT-Keramiken mit zufriedenstellenden Materialeigenschaften. Ursachen sind dabei das Abdampfen der volatilen Oxide Bismutoxid und/oder Natriumoxid sowie auftretendes Riesenkornwachstum während des Sinterungsprozesses bei hohen Temperaturen. Die Arbeit befasst sich mit der Herstellung und Charakterisierung von 1-x-y(Ba0.5Na0.5)TiO3-xBaTiO3-ySrTiO3 (BNTBST)-Vollkeramiken. Dabei wird der Einfluss von Sinterhilfsmitteln auf das Sinterverhalten und die piezoelektrischen Eigenschaften der hergestellten BNTBST-Keramiken untersucht. Mit dem Einsatz der Sinterhilfsmittel konnten BNTBST-Keramiken mit hohen Dichten und hohen piezoelektrischen Eigenschaften erhalten werden. So konnte mit den Sinterhilfsmittelzusätzen beispielsweise die relative Dichte [rho]/[rho]th um 2 % auf 97,8 % gesteigert und die d33-Ladungskonstante um 37 % auf max. 172 pC/N erhöht werden. Zusätzlich konnte die Sintertemperatur der BNTBST-Keramiken auf 1200 ˚C gesenkt und dichte Keramikproben in einem großen Sinterintervall (≤ 100 ˚C) erhalten werden.

Die Integration von mechatronischen Automatisierungssystemen in eine Fertigungslinie ist ein zeit- und arbeitsintensiver sowie interdisziplinärer Entwicklungsprozess. Aktuell verläuft die Konzepterarbeitung von Mechanik, Elektrotechnik und Informatik getrennt voneinander. Die einzelnen Disziplinen nehmen im Laufe des Projekts gegenseitigen Einfluss auf die Entwicklung des Gesamtkonzepts, nicht immer zu dessen Vorteil. Um dieses Zusammenspiel effizienter zu gestalten, bedarf es einer allgemein gültigen Methodik für die Entwicklung mechatronischer Systeme. Diese existiert bisher nur in geringem Umfang, weshalb ein Automatisierungskonzept sehr spezifisch an das zu fertigende Produkt angepasst werden muss und nicht ohne weiteres auf andere Systeme übertragbar ist. Die vorliegende Masterarbeit untersucht, ob eine allgemeine, fachübergreifende Prozessbeschreibung bei der Entwicklung und Integration von Automatisierungssystemen möglich ist, wie diese modelltechnisch funktionieren könnte und welche Vorteile damit einhergehen. Am Beispiel der Entwicklung eines Werkstückfördersystems für die automatisierte Geräteendprüfung von Kühlgeräten wird analysiert, in welchen Bereichen der Anlage eine Wechselwirkung zwischen Mechanik, Elektrotechnik und Informationstechnik existiert. Das finale Automatisierungskonzept wird in einzelne Teilbereiche gegliedert, welche über die Definition von Schnittstellen in ein logisches Verhältnis zueinander gesetzt werden. Durch die Ableitung der Analyseergebnisse in ein allgemein anwendbares Modell wird ein Ansatz generiert, der eine methodische Entwicklung von Automatisierungsprojekten in der Haushaltsgroßgeräteproduktion frühzeitig unterstützt und den Bedarf an fachübergreifender Entwicklungsarbeit schon zu Projektbeginn lokalisieren kann. Die Notwendigkeit zusätzlicher Systeme, die zur Umsetzung der Automatisierungsmaßnahmen notwendig sind, sowie die Auswahl der verwendeten Art der Fördertechnik für die Integration in eine Fertigungslinie kann anhand des Modells ebenfalls abgeschätzt werden. Mit der Anwendung dieses Modellansatzes besteht die Möglichkeit, interdisziplinäre Arbeitsgruppen gezielt auf die schnellere Entwicklung eines gemeinsamen Konzepts anzusetzen anstatt die einzelnen Teilbereiche unter zusätzlichem Aufwand durch nachträgliche Anpassung von Mechanik, Elektrotechnik und Informatik zu einem System zusammenfassen.

Diese Arbeit befasst sich mit der Prozessoptimierung zum Tiefenätzen komplexer Gläser im Fluorplasma mit dem Ansatz der statistischen Versuchsplanung. Dabei ist das Ziel den Einfluss ausgewählter Prozessparamater auf das Ätzergebnis zu untersuchen. Als Ätzmaskierung werden kostengünstige Alternativen zu den aufwendigen Hartmasken aus Nickel betrachtet. Für das Ätzen wird ein induktiv-gekoppeltes Plasma (ICP-RIE) mit hoher Plasmadichte und niedrigem Prozessdruck und als Substratmaterial Borofloat 33 eingesetzt. Borofloat 33 gestattet ein breites Anwendungsspektrum in der Mikrotechnologie. Auf Grund der chemischen Zusammensetzung und der damit verbundenen Bildung nichtflüchtiger Reaktionsprodukte im Fluorplasma ist die plasmabasierte Strukturierung von Borofloat 33 durchaus herausfordernd. Mit Hilfe des "Design-of-Experiment"-Ansatzes (DoE) werden Einfluss und Wechselwirkungen der Prozessparameter auf das Ätzergebnis untersucht. Dabei werden die Oberflächenrauheit, die Ätzrate, der Flankenwinkel als auch die Selektivität gegenüber der verwendeten Resistmaske betrachtet. Um den Einfluss der Prozessparameter im Plasma quantitativ zu verstehen und zu bewerten, wurde ein vollfaktorieller Versuchsplan angewendet. Das lineare Modell für jede Prozessreaktion (Glas-Ätzrate, Oberflächenrauheit, Selektivität und Flankenwinkel) wurde per Statistik-Software erstellt und die Ergebnisse wurden überprüft. Die Analyse der Glasätzrate zeigt, dass sowohl die Bias- als auch die ICP-Leistung sowie deren Wechselwirkung einen signifikanten Einfluss haben. Die Betrachtung der Residuen-Diagramme zeigt aber, dass das lineare Modell nicht genau die Prozessreaktion (Glas-Ätzrate) abbildet. Als Haupteffekt für die Rauheit lässt sich der Druck identifizieren und mit Hilfe des Regressionsmodells abbilden. Die Selektivität hingegen wird hauptsächlich durch die Bias-Leistung beeinflusst. Je nach Wahl der Prozessparameter lassen sich beim aktuellen Stand der Untersuchungen Ätzraten im Bereich von 610 nm/min und Selektivitäten im Bereich von 0,45 erreichen. Eine Beeinflussung der Rauheit und es Flankenwinkels für Ätztiefen im Bereich von 10 [my]m sind ebenfalls möglich. In Zukunft sind weitere Untersuchungen erforderlich, um die Modelle weiter zu verfeinern und das Ätzen tieferer Strukturen zu untersuchen.

Resin Transfer Molding Verfahren (RTM) wird häufig bei der Serienherstellung von Faserverbundkunststoffen verwendet. In diesem Verfahren wird ein flüssiges Harzsystem in einen Formhohlraum injiziert, der darin befindliche Faservorformling wird imprägniert und härtet zu einem stabilen Formteil aus. Im Regelfall besteht ein Formteil aus mehreren Laminatschichten. Ein unvermeidbares Problem beim Harzinjektionsprozess ist die Porenentstehung, die die mechanischen Eigenschaften und die Oberflächenqualität des Bauteils verringert. Laut aktuellem Stand der Wissenschaft, ist die Porenentstehung vom Tränkungsverhalten abhängig. In dieser Arbeit wird die Untersuchung über den Harzinjektionsprozess mit mehrlagigen Faserhalbzeugen durchgeführt. Das theoretische Modell wird verwendet, um ein geeignetes Prozessfenster zu definieren. Die Beziehung zwischen Fließverhalten und eingestellten Prozessparametern wird untersucht. Geeignete Funktionen zur Steuerung des Injektionsdruckes wurden aufgestellt und Konzepte zur Optimierung entwickelt und getestet, auf Grundlage aktueller Studien. Das entwickelte Simulationskonzept basiert auf der Fließsimulation mit ANSYS Fluent. In dieser Abschlussarbeit wurde die Fließsimulation mittels zweiphasiger laminarer Strömung in einem porösen Medium analysiert. Ein Konzept zur Optimierung des Injektionsdruckes wird eingeführt um die Entstehung fließbedingter Fehlstellen zu minimieren. Stichworte: RTM, Porenentstehung, Tränkungsverhalten, Fließsimulation

Verschiedene Kieselgläser wurden hinsichtlich ihres Ätzverhaltens in Flusssäure und ihrer Ätzbeständigkeit untersucht. Die Gläser wurden mit dem Plasmaverfahren hergestellt und unterschieden sich hinsichtlich ihrer Zusammensetzung: verschiedene Ausgangstoffe (kristalliner Quarzsand oder synthetisches, amorphes SiO2); Dotierung mit ausgewählten Metalloxiden. Einige Gläser wurden zudem auf verschiedene Art und Weise behandelt, um ihre Eigenschaften und Struktur weiter zu verändern: Temperung bei Temperaturen unter Tg; Kontrolliertes Abkühlen mit verschiedenen Abkühlgeschwindigkeiten; Heißisostatisches Pressen (HIP). Die Ätzraten wurden in 40 %-iger HF bestimmt. Die Glassorten wurden mit unterschiedlichen Methoden charakterisiert, unter anderem Ramanspektroskopie, Brillouinspektroskopie, Transmissionsmessungen (VUV bis IR), Röntgenbeugung und Messungen der Dichte und des thermischen Ausdehnungskoeffzienten. Einige der dotierten Gläser zeigten die besten Ätzbeständigkeiten. Die Dotierkonzentrationen lagen zwischen mehreren 100 ppm und 2 ma-%. Für zwei dotierte Glassorten waren die Ätzraten etwa 10 % geringer als für das undotierte Referenzglas. Ein mit einem Schwermetalloxid dotiertes Glas war inhomogen und bestand aus einer amorphen Glasmatrix mit kristallinen Ausscheidungen. Trotz sehr langer Temperzeiten von bis zu mehreren Wochen lagen die fiktiven Temperaturen der zwischen 950 ˚C und 1100 ˚C getemperten Gläser deutlich über den Haltetemperaturen. Dies deutet darauf hin, dass die Relaxationszeiten in diesem Temperaturbereich höher sind als abgeschätzt. Für Glas, welches aus kristallinem Quarzsand hergestellt wurde, zeigt sich ein Dichteminimum bei einer Haltetemperatur von 1000 ˚C (entspricht einer fiktiven Temperatur von 1100 ˚C). Gläser mit einer höheren fiktiven Temperatur hatten auch eine höhere Dichte. Die Temperung hatte nur einen vergleichsweise kleinen Einfluss auf die Ätzraten. Generell sinkt die Ätzrate mit steigender Dichte (bzw. mit steigender fiktiver Temperatur). Für die HIP-Gläser traten keine signifikanten Unterschiede hinsichtlich der Ätzrate verglichen mit unbehandeltem Referenzglas auf. Die Dichte der Gläser wurde durch die Druckbehandlung deutlich gesteigert und Charakterisierungsmethoden wie die Ramanspektroskopie zeigten Änderungen in der Glasstruktur.

Das Ziel dieser Masterarbeit war es, die wichtigsten Einflussfaktoren für die Erzeugung einer dauerhaften Markierung für den Magen-Darm-Trakt zu erforschen. Die Injektionslösungen wurden hierfür in die Submukosa von tierischem Gewebe gespritzt. Es wurden Injektionslösungen mit unterschiedlichen Kohlenstoffpartikeln und unterschiedlichen Kohlenstoffkonzentrationen hergestellt und verwendet. Zu Beginn wurde untersucht, ob es möglich ist, die Partikel in einer Trägerlösung durch eine Endoskopnadel zu spritzen. Danach wurde in einigen Modellversuchen die minimal benötigte Kohlenstoffkonzentration zur Erzeugung einer sichtbaren Markierung ermittelt. Die Injektionslösungen wurden dafür in die Submukosa eines Kolons injiziert und die erzeugten Markierungen anschließend miteinander verglichen. In weiteren Versuchen wurde eine der selbst hergestellten Injektionslösungen und die kommerziell erhältliche Injektionslösung SPOT in Gewebe der Speiseröhre, des Magens und des Kolons injiziert. Unterschiede in der Farbintensität und Farbverteilung wurden hierdurch aufgezeigt. Außerdem wurde in diesem Versuch auch der Einfluss der unterschiedlichen Epithelgewebe untersucht. Die Epithelgewebe weisen je nach Organ unterschiedliche Dicken auf und setzen sich aus bestimmten Epithelzellen zusammen. In einer abschließenden Zytotoxizitätsuntersuchung wurde die Lösung auf zellschädigende Wirkung untersucht.

Nickelschichten zählen aufgrund ihrer vielseitigen Eigenschaften zu den am häufigsten galvanisch abgeschiedenen Schichtsystemen. Der Einsatz von Nickel wird jedoch zunehmend kritisch betrachtet, da es sich um ein verbreitetes Kontaktallergen handelt. Als Alternative zeigen Weißbronzeschichten großes Potenzial. Die am Markt verfügbaren Verfahren zur galvanischen Abscheidung von Weißbronzeschichten sind jedoch auf Basis von toxischen Cyanid, welches eine breite prozesstechnische Anwendung erschwert. Am Fraunhofer IPA wurde daher ein cyanidfreier, pyrophosphatbasierter Elektrolyt entwickelt, mit dem sich binäre Weißbronzeschichten mit nickelähnlichen Eigenschaften abscheiden lassen. Eine Herausforderung stellt jedoch die Langzeitstabilität des Elektrolyten dar. Das im Elektrolyt enthaltene zweiwertige Zinn wird leicht zu vierwertigen Stufe oxidiert. Um eine Zinn(II)-Oxidation zu verhindern wurden im Rahmen dieser Arbeit verschiedene Antioxidationsmittel untersucht. Neben dem Einfluss der Antioxidationsmittel-Konzentration wurde der Einfluss der Komplexbildner-Konzentration sowie der Einfluss des pH-Werts auf die Elektrolytstabilität untersucht. Um Schichten mit gleichbleibender Legierungszusammensetzung über einen langen Zeitraum abzuscheiden, ist es wichtig, die Zusammensetzung des Elektrolyten zu regulieren. In diesem Zusammenhang wurden verschiedene Anodensysteme in Form von löslichen Anoden, unlöslichen Anoden und einer Membrananode untersucht. Zur Ermittlung der Zinn(II)-Konzentration im Elektrolyten konnte die Differential-Puls-Polarographie (DPP) erfolgreich eingesetzt werden. Ein tiefgehendes Verständnis zu Reaktionsmechanismen der Zinn(II)-Oxidation konnte durch Methoden der zyklischen Voltammetrie (CV) und Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (HPLC) aufgebaut werden. Es konnte gezeigt werden, dass die Stabilität des Elektrolyten deutlich erhöht werden kann.

In dieser Arbeit geht es um die zeitlich betrachtete quantitative Rietveld-Analyse mittels Röntgendiffraktometrie (XRD) des Portland-Kompositzements CEM-II/A-LL 42,5 N während der Hydration und um das Ermitteln der Schichtabstände der Kristallitgröße und Aufzeigen von Stapelfehlern von Schichtsilikaten über deren Diffraktogramm. Es werden in bestimmten aufeinanderfolgenden Zeitbereichen Diffraktogramme von den Zementproben aufgenommen, um die zeitlichen Veränderungen der Proben festzustellen. Alle Phasen werden per PDF-4-Datei analysiert, um eine anschließende qualitative und quantitative Phasenanalyse nach der Rietveld-Methode zu betreiben. Von jeder verwendeten Phase wird dazu die Kristallstruktur dargestellt. Hierbei werden nur die kristallinen Phasen betrachtet. Die Hydration von Zement wird weiter auch per Zeitraffer-Video aufgezeichnet. Mit Python 3.8 wurde ein Programm zum Auslesen der Massenanteile der Verbindungen in eine Excel-Datei aus den Output-Files von TOPAS geschrieben. Die Phase Hatrurit fällt von Beginn der Hydration des Zements mit Wasser massenanteilig ab, während Calcit an Anteil gewinnt. Die Anteile an Arcanit steigen ab etwa 130 bis 180 Minuten einmalig stark an. Die Schichtsilikate aus Kaolinit und Montmorillonit werden auf ihre Schichtabstände und Kristallitgröße über die Halbwertsbreite, Integralbreite, per Williamson-Hall-Plot und über die Rietveld-Analyse ermittelt. Der Schichtabstand wurde mit der (0 0 1)-Netzebene berechnet und beträgt hier bei Kaolinit 0,714 nm und Montmorillonit 1,270 nm. Die mittlere Kristallitgröße von Kaolinit beträgt etwa 37 nm und von Montmorillonit etwa 32 nm. Stapelfehler sind bei beiden Verbindungen vorhanden. Die Ergebnisse aus dieser Arbeit werden zuletzt für die Lehre aufbereitet.

CALPHAD ist die Abkürzung von "Calculation of Phase Diagrams". Es wird weiterhin im Untertitel des CALPHAD-Journals als "The Computer Coupling of Phase Diagrams and Thermochemistry" definiert. Nämlich ist es die englische Bezeichnung für die computergeschützte Simulation von Phasendiagrammen und Thermochemie (SaM98). CALPHAD ist eine beliebte Methode, um ein Phasendiagramm zu erhalten. Heutzutage wird die CALPHAD-Methode in vielen Bereichen angewendet, wie Stahlindustrie, Nichteisenmetall, Salzschmelze, Keramischer Werkstoff, Polymermaterialien, Chemieindustrie und so weiter. Als ein wichtiger Parameter in CALPHAD ist Gibbs-Energie sowie Funktionen nach Gibbs-Energie. Mittels erweiternder Forschungen können mehrere thermochemische Eigenschaften oder Daten nach CALPHAD berechnet und eingeschätzt werden, wie Diffusion, Phase-field sowie Mikrostruktur oder andere. In der schon erwähnten Arbeit wurde die Entwicklung von CALPHAD vorgestellt. Diese Methode weist vorteilhaft weniger Zeitaufwand und einfacher Bedienbarkeit auf. Trotzdem hat die auch seine Einschränkung. Die heutzutage meist verwendete Datenbank für CALPHAD ist die aus SGTE (Scientific Group Thermodata Europe). Die jeweiligen vorgegebenen Daten von reinen Elementen in dieser Datenbank werden bei Standardatmosphäre und normaler Raumtemperatur (1atm; 298,15K) definiert. Um die extremen Bedingungen wie beim Ultrahochdruck oder sehr niedriger Temperatur zu untersuchen, wurden weitere nachfolgende Forschungen gefördert. Die heutige Datenbank von CALPHAD wird allmählich für solche Bedingungen ergänzt. Mit der Erscheinung von Nanomaterial ist die Auswirkung von der Materialgröße unvermeidbar. Es gibt schon einige Forschungen für Einschätzung der thermodynamischen Stabilität und der Eigenschaft von Nanomaterial. Trotzdem sind die anfänglichen Forschungen noch unzureichend, um die Datenbank zu erneuern. Auf der anderen Seite werden Eisenlegierungen in Bereichen von Elektronik, Maschinenbau sowie Chemieanlagenbau angewendet. Legierungselemente spielen eine wichtige Rolle in der Veränderung der Eigenschaften von einer Legierung. Normalerweise wirken die möglichen Legierungselemente in Eisenlegierung als Zusatz ein. Die möglichen Phasendiagramme des binären oder ternären Systems von Eisen mit entsprechendem Legierungselement Eisen werden durch gelieferte Daten aus Experiment oder thermodynamischer Modellierung nach CALPHAD werden dargestellt und beschrieben. Ein Phasendiagramm ist ein Maßstab zur Bestimmung des Zustands von einem Material in einer gewissen Bedingung. Die Begriffe von Phase und Phasendiagramm wurden erklärt. Löslichkeit spielt eine wichtige Rolle in Bildung des Mischkristalls. Beim Erstarren mit unterschiedlicher Situation von Löslichkeit zwischen zwei Elemente werden verschiedene Arten von Phasendiagrammen erhalten. Einige davon wurden dargestellt und beschrieben. Die Bestimmung der Gibbs-Energie bei einem gewissen Punkt wurde dann vorgestellt. Normalerweise ist die Lösungsphase eine relativ wichtigere Phase während der Modellierung von Gibbs-Energie nach CALPHAD. Einige Modelle von Gibbs-Energie für die Lösungsphase wurden angezeigt und beschrieben. Zusätzlich wurde die Triebkraft kurz erklärt. Aus den Recherchen kann man herausfinden, dass relativ geringe Arbeiten durch die Simulation über Phasendiagramm des Fe-Ni-C Systems diskutieren. Deshalb ist diese zusätzliche Forschung der Phasendiagramme von Fe-Ni-C System durch die computergestützte Simulation notwendig. Das Phasendiagramm von Fe-Ni-C System wurde mittels Thermo-Calc hergestellt. Im Vergleich zur gefundenen Literatur für Fe-Ni-C System wurden einige unterschiedlichen Punkte beobachtet. Für die Untersuchung von Triebkraft wurde X6Cr17 ausgewählt. Die Triebkraft von M23C6 in Matrix BCC_A2 bei 650 ˚C wurde auch mittels Thermo-Calc nach CALPHAD berechnet und die relevanten Diagramme mit verschiedenen Parametern dargestellt. Zusätzlich wurde das Phasendiagramm von Fe-Cr-C System erstellt und mit der gefundenen Literatur verglichen. In der Zukunft dürfen mehrere Experimente für Phasendiagramm von Fe-Ni-C System und weitere Simulationen davon mit kompletter Version von Thermo-Calc geführt werden. Durch mehrere Vergleichsversuche kann das Ergebnis weiterhin überprüft werden.

Das Ziel der Arbeit ist es, durch Oberflächenmodifizierung an stabilisiertem Zirkoniumdioxid die mechanischen Eigenschaften zu steigern und gute optische Eigenschaften zu erhalten. Zu diesem Zweck wurden Probekörper aus Zirkoniumdioxid mit 3 Mol-% und 5 Mol-% Yttriumoxid hergestellt. Die Oberflächenmodifizierung wurde durch Sandstrahlen, Schleifen mit einem horizontalen Tellerplattenschleifer sowie einem diamantierten Turbinenschleifer durchgeführt. Für den Bearbeitungsvorgang wurden verschiedene Parameter pro Oberflächenmodifizierung verwendet. Die Rauigkeit des Profils wurde als Prüfkriterium herangezogen. Die Probekörper wurden nach der DIN EN ISO 6872 auf die biaxiale Festigkeit geprüft. Ergänzende Prüfergebnisse wurden durch die Röntgendiffraktometrie, Gefügeanalyse und optische Beurteilung ermittelt. Ausgewählte Serien von geschliffen Proben wurden zudem mit einem Sol-Gel tauchbeschichtet und getestet. Die Ergebnisse zeigen eine Festigkeitssteigerung durch Oberflächenmodifizierung ohne negativen Einfluss auf die optischen Eigenschaften. Die Festigkeitswerte variieren in Abhängigkeit von dem eingesetzten Material und der jeweiligen Oberflächenmodifizierung. Die Oberflächenmodifizierung zeigt unterschiedliche Einflüsse auf die verschiedenen Probekörper. Die Probekörper mit 5 Mol-% zeigten bei feinkörniger Bearbeitung der Oberfläche einen Anstieg der Festigkeit. Mit steigender Rauheit des Oberflächenprofils fallen die Festigkeitswerte ab. Die Probekörper mit 3 Mol-% Yttrium zeigen gegenüber den 5 Mol% Probekörpern ein signifikant höheren Festigkeitswert. Die Probekörper mit 3 Mol-% zeigen entgegengesetzt zu den Probekörpern mit 5 Mol-% eine maximale Festigkeit nach Bearbeitung mit einer grobkörnigen Schleifscheibe. Die Röntgendiffraktometrie-Messungen zeigten beim 3 Mol-% Yttrium eine Erhöhung des relativen monoklinen Phasenanteils durch die Oberflächenbearbeitung. Dieser Effekt wurde bei den Probekörpern mit 5 Mol-% nicht festgestellt. Weiterführende Versuche im Fachbereich Glas und Keramik können auf Basis der erstellten Dokumente zielgerichtet durchgeführt werden.

Im Hinblick auf die steigende Nachfrage nach hochfestem Stahl in der Automobilindustrie wurde die Wasserstoffversprödung von Zink-Nickel-abgeschiedete Stahl-C-Ringen untersucht. Ziel dieser Arbeit war es, die wichtigsten Einflussfaktoren eines sauren Zink-Nickel-Elektrolyten auf die Wasserstoffversprödung zu untersuchen. Um diese Phänomene zu analysieren, wurde die Analysemethode nach DIN 50969 Teil 2 verwendet, bei der mit Zink-Nickel abgeschiedete C-Ringe durch äußere Zugspannungen in der Prüfeinrichtung aufgeweitet wurden und die Ergebnisse über den Prozentsatz der gebrochenen C-Ringe ausgewertet wurden. Die Verwendung von C-Ringen für diese Untersuchung hat den Nachteil, dass die Realität von galvanisch abgeschiedenen Schrauben nicht direkt mit dem Ansprechverhalten von C-Ringen verglichen werden kann, da das Grundmaterial möglicherweise nicht exakt das gleiche ist. Aufgrund der hohen C-Ring-Härte können diese Ergebnisse jedoch als Referenzquelle für die weitere Untersuchung von Wasserstoffversprödungsphänomenen bei der galvanischen Abscheidung betrachtet werden. GDOES- und FIB-FESEM-Analysemethoden wurden eingesetzt, um tiefere Kenntnisse darüber zu erlangen, wie sich Wasserstoffversprödung in diesem Prozess verhält. Es wurde festgestellt, dass die Stromdichte direkt proportional zur Wahrscheinlichkeit von C-Ring-Brüchen im sauren Zink-Nickel-Elektrolyten Zinni 220 ist. Es wird angenommen, dass die Stromdichte die Schichteigenschaften, wie z.B. die Korngröße und/oder das Gefüge, beeinflusst. Darüber hinaus wurde bei der GDOES-Profilierung ein tieferes Eindringen und eine höhere Konzentration von absorbiertem Wasserstoff im Grundmaterial mit zunehmender Stromdichte beobachtet. Infolgedessen ist die Wahrscheinlichkeit einer Wasserstoffrekombination im Grundwerkstoff mit zunehmender Stromdichte höher. Es wurde festgestellt, dass das Phänomen der Wasserstoffversprödung mit zunehmender Abscheidungszeit bis zu einem bestimmten Punkt (< 35 Minuten) zunahm. Es wird angenommen, dass die Diffusion des absorbierten Wasserstoffs in den Grundwerkstoff bis zu einer bestimmten Schichtdicke voranschreitet. Folglich hatten längere Abscheidungszeiten (> 35 Minuten) keinen Einfluss auf den Grad der Wasserstoffversprödung in diesem Prozess. Es wurde festgestellt, dass der Glanzzusatz Zinni 222b das Wasserstoffversprödungsphänomen im sauren Zink-Nickel-Elektrolyten Zinni 220 reduziert. Zinni 222b wirkt als Kornfeinungsmittel. So muss der absorbierte Wasserstoff mit zunehmender Konzentration von Zinni 222b einen längeren Weg von der Beschichtung zum Grundmaterial zurücklegen. Infolgedessen hat der adsorbierte Wasserstoff eine geringere Wahrscheinlichkeit, sich zu rekombinieren und Wasserstoffgas im Grundmaterial zu bilden, was zur Wasserstoffversprödung führt. Die Ergebnisse beweisen, dass die Stromausbeute der Beschichtung die Wasserstoffversprödung im sauren Zink-Nickel-Elektrolyten Zinni 220 nicht beeinflusst hat, obwohl die Stromausbeute ein Indikator für die Wasserstoffmenge ist. Für weitere Studien könnte eine quantitative Analyse durch GDOES zusätzliche Informationen liefern. Darüber hinaus könnten die statistischen Experimente mit der GDOES-Messung berücksichtigt werden. Als Ergebnis könnten nicht nur genaue und quantitative Ergebnisse, sondern auch Prozentsätze des absorbierten Wasserstoffs aus der gesamten Wasserstoffproduktion durch Galvanisierung erzielt werden. Zusätzlich könnte die Heißgasextraktionsmethode verwendet werden, um den gesamten absorbierten Wasserstoff im Material zu ermitteln.

In dieser Masterarbeit wurde die Porenentstehung in Faserverbundkunststoffen aus Glasfasergeweben und Epoxidharz beim Resin Transfer Molding (RTM) Verfahren mit komplexen Geometrien untersucht. Der Stand der Wissenschaft auf dem Gebiet der Porenentstehung innerhalb von Harzinjektionsverfahren wurde recherchiert und verfahrenstypische Werkzeuggeometrien ausgewählt. Ein modulares RTM-Werkzeug wurde entwickelt, das eine variable Einbringung lokaler Permeabilitätsänderungen ermöglichte. Für die eigenen Untersuchungen wurde ein Versuchsplan aufgestellt, der den Einfluss bei unterschiedlicher Werkzeug- und Gewebegeometrie auf Porengeometrie und Porenvolumengehalt beschreibt. Im RTM-Verfahren wurden komplexe Bauteile hergestellt. Die Bauteile wurden mit ausgewählten Prüfverfahren auf Porenentstehung untersucht. Ein bereits bestehendes Berechnungsmodell wurde zur Beschreibung der Porenentstehung auf komplexe Geometrien übertragen. Eine Gesamtbewertung der Untersuchungsergebnisse mit einem Ausblick auf zukünftige Möglichkeiten zur Beschreibung der Porenentstehung bei komplexen Geometrien im RTM-Verfahren wird abschließend gegeben.

Gegenstand dieser Masterarbeit ist der Entwurf einer Elektronik zur Steuerung und Überwachung einer neuartigen EWOD-getriebenen Mikropumpe. Im Konkreten beinhaltet diese die Bereitstellung einer Steuerspannung mit einer Schwingungsbreite von bis zu 200 V bei einer Eingangsgleichspannung im Akkuspannungsbereich von ca. 5 V. Die Steuerspannung stellt dabei verschiedene Ansteuerformen wie Sinus-, Rechteck- oder Dreieck-Profile zur Verfügung. Zur Überwachung des Pumpbetriebs sowie zur Erlangung eines besseren Systemverständnisses gilt es, sowohl die genaue Aktorspannung, als auch den Aktorstrom in Form der Aufzeichnung der zeitlichen Verläufe der Signale zu überwachen. Im ersten Schritt wurden die genauen Anforderungen an die Elektronik in einem Lastenheft dokumentiert. Im Rahmen einer Modellbildung wurde zudem ein elektrisches Ersatzschaltbild zur Mikropumpe erstellt und die elektrische Last anhand von Simulationsergebnissen quantifiziert. Basierend auf dieser Datengrundlage erfolgte die Erstellung mehrerer Konzepte für eine Steuerelektronik. Die Konzepte wurden gegenübergestellt und einer Nutzwertanalyse unterzogen. Das am besten geeignete Konzept wurde in Voruntersuchungen evaluliert und im Entwurfsprozess in eine elektronische Schaltung umgesetzt. Das entworfene Layout wurde als Leiterplatte aufgebaut und mit Hilfe von Experimenten hinsichtlich der Anforderungen überprüft. Basierend auf den Ergebnissen wurden Verbesserungsvorschläge unterbreitet, die weiterführend in einer überarbeiteten Variante der Elektronik umgesetzt werden können. Ein besonderes Augenmerk lag im ganzen Entwicklungsprozess auf der Kompaktheit des Systems, im Hinblick auf die Integration der Elektronik im Pumpenchip. Zudem wurden vorbereitende Maßnahmen, wie die Wahl eines geeigneten Mikrocontrollers für die drahtlose Kommunikation zwischen Mikropumpe und Peripheriegeräten getroffen. Der netzunabhängige Betrieb mit einem Akkumulator wurde ebenfalls vorgesehen.

Im Zuge immer weiter steigender Ansprüche an Qualität und Reinheit von Kieselgläsern, speziell für die Halbleiterindustrie, nimmt insbesondere der Rohstoff SiO2 eine besondere Bedeutung ein. Die vorliegende Arbeit setzt an der bisher wenig untersuchten Erzeugung von synthetisch hergestellten, hochreinen SiO2 Partikeln über eine fluorchemische Route an. Die in Versuchen erzeugten Partikel wurden mit einer Reihe von analytischen Verfahren untersucht. Zu nennen sind hier die Bestimmung der spezifischen Oberfläche mit Stickstoff, eine Analyse der Partikelgestalt, -größe und Reinheit, eine Untersuchung zur Oberflächenbesetzung der hergestellten Partikel mit funktionellen Gruppen sowie die Partikeleigenschaften in einer Dispersion. Im Weiteren wurden auch Untersuchungen zur Sintereignung durchgeführt. Auf Grundlage der gewonnenen Erkenntnisse konnten Rückschlüsse auf den Bildungsmechanismus in Abhängigkeit von Prozessparametern gewonnen werden. Zudem konnten Eigenschaften der Partikel bestimmt werden, die für eine weitere Verarbeitung von Bedeutung sind.

Als Grundlage für die Elektrolytverwaltung in galvanischen Prozessen wurde eine Datenstruktur entwickelt, die die vollständige Dokumentation und Verknüpfung aller Zustands-Informationen der Medien ermöglicht. Auf Basis der Analyseergebnisse und den Steuerungsdaten kann die jeweils aktuelle Zusammensetzung der Prozessmedien ereignisorientiert berechnet werden. Dabei werden die Einflüsse der chemischen und elektrochemischen Reaktionen, von Dosierungen und Verwürfen, Verschleppung und Verdunstung berücksichtigt. Dieser Ansatz bildet die Grundlage für zeitnahe automatische Korrekturmaßnahmen. Im Hinblick auf die Produktivität wurden die grundsätzlichen Möglichkeiten zur Analyse und Steigerung dokumentiert. Dabei wurden insbesondere die Simulation von Galvanikanlagen betrachtet und die Möglichkeit der Nutzung von Warenträgersenken zu einer Methode für Engpassanalysen von ganzen Anlagen weiterentwickelt. Als wesentliches Verbesserungspotential wurden die Vereinfachung und Automatisierung der Konfiguration von Simulationen identifiziert. Mit den entwickelten und beschriebenen Methoden ist eine permanente Analyse einer Galvanik möglich.

Die Faserlänge beeinflusst die mechanischen Eigenschaften signifikant. Zum Erhalt längerer Fasern bei Verarbeitung faserverstärkte Polymer wird mit Innenmischer als relativ neue Konzeption betrachtet. Die Wirkweise des Innenmischers ist derzeit kaum erforscht. Im Rahmen dieser Arbeit wird zuerst den geeigneten berechneten Modellen recherchiert. Dabei werden die unberücksichtigten Prozessparameter ausgewählt. Durch ein Screening-Versuchsplan werden die ausgewählte Prozessparameter ausgesiebt. Die Einflüsse der ausgesiebten Prozessparameter auf die Faserlänge werden in Hauptversuch mit einem zentralen zusammengesetzten Versuchsplan untersucht. Nach Auswertung der Ergebnisse wird ein neues berechnetes Modell abgeleitet, damit kann zur Vorhersage der Faserlänge der faserverstärkten Thermoplaste verwendet werden. Mit dem abgeleiteten Modell wird ein Scale-Up der Prozessparameter von Mini-Innenmischer zu Labor- und Industrieinnenmischer durchgeführt.

Bei der Dekarbonisierung der Energiesystems der Zukunft spielen Speichersysteme eine zentrale Rolle. Sie erlauben die effiziente Zwischenspeicherung dezentraler, erneuerbarer Stromerzeuger und erlauben eine bedarfsgerechte Stromzeugung am Markt. Derzeitige Batteriesysteme sind jedoch zu teuer um realistische Alternativen im GWh-Bereich darzustellen. Die Entwicklung von Flüssigmetallbatterien ist eine der bedeutendsten Technologieentwicklungen der letzten Jahre, die hohe Speicherkapazität bei geringen Kosten und hoher Langlebigkeit voraussagt. Die Entwicklung eines geeigneten Flüssigsalz-basierten Elektrolyten, der niedrige Betriebstemperaturen erlaubt bei gleichzeitig hoher Lebensdauer und minimierten Selbstentladungseffekten, spielt hier eine wesentliche Rolle. Ein hoher Schmelzpunkt der Elektrolyten führt zu hohen Anforderungen an Korrosionsbeständigkeit während eine hohe Natriumlöslichkeit die Selbstentladung und damit die Energieeffizienz der Batterie beeinflusst. In dieser Arbeit wurden geschmolzene Li-K-Na//X Salze (X = Cl und I) untersucht, um Elektrolyte mit niedrigem Schmelzpunkt und niedriger Natriumlöslichkeit für Na-LMBs zu finden. Zunächst werden Simulationen mit FactSage durchgeführt, um die eutektische Mischung der Halogensalze zu ermitteln. Die Schmelzvorgänge wurden mittels Dynamischer Differenzkalorimetrie (DSC) ermittelt und mit einer Schmelzpunktapparatur (OptiMelt) verifiziert. Mittels Simulationen und Experimenten wurden ternäre Li-K-Na//X-Systeme in ein pseudobinäres System überführt, um den Einfluss des Natriumgehalts auf das Schmelzverhalten der Mischung zu ermitteln. Es wurde festgestellt, dass das kleine Menge Auflösen der NaX-Phase den Schmelzpunkt des eutektischen binären Systems LiX-KX leicht beeinflusst, so dass dieses ternäre System als pseudobinäres System bezeichnet wird. Das pseudobinäre LiCl-KCl-NaCl-System mit einem molaren Verhältnis von 53,9: 37,1: 9 und einem Schmelzpunkt 352 &ring;C konnte als eutektische Mischung identifiziert werden. Analog dazu kann das quasi binäre iodid-basierte LiI-KI.-NaI (59,2: 33,8: 7 mol%) als eutektisch schmelzend charakterisiert werden. Für beide Systeme werden die Vor-und Nachteile der jeweiligen Salzklassen diskutiert und die Ergebnisse im Hinblick auf die Anwendung bewertet. Die Identifizierung dieser eutektischen Salzmischung stellt einen wesentlichen Schritt in der Entwicklung realer Batteriesysteme dar und trägt somit zur Implementierung skalierbarer und langzeitbeständiger Batteriesysteme bei.

Materialien mit sehr hohe Oberflächenhärte sind für Industriemesser und Großwerkzeuge für die Umformtechnik wie für die Spritzgusswerkzeuge in der Kunststoffverarbeitung sehr gefragt. Stand der Technik zur Steigerung der Härte der Oberflächen sind das Nitrieren, das Borieren, das Hartverchromen, die galvanische und chemische Abscheidung von Ni-P-Schichten sowie Dispersionsschichten Ni-Diamant, Ni-SiC, Ni-BN mit anschließende thermische Behandlung. Das Nitrieren ist ein Verfahren, bei dem Nitride auf der Stahloberfläche durch den Diffusionsvorgang gebildet werden, wenn das Stahlwerkstück bei 500 - 550 &ring;C für 1 bis 100 h in einer Ammoniak-Atmosphäre bei leichtem Überdruck wärmebehandelt wird. Ein Härtewert von 1200 HV ist durch Nitrieren erreichbar. Das Borieren, erfolgt durch eine Wärmebehandlung bei 750 - 950 &ring;C für 4 - 6 h. Dabei wird zunächst Borpulver oder -paste auf das Werkstück aufgetragen. Durch den Diffusionsvorgang können Boride bis in einer Tiefe von 250 [my]m gebildet werden. Genel et. al. haben ein Härtewert von ca. 1500 HV erreicht. Campos Silva et al. hat eine Nickelbasislegierung bei 950 &ring;C für 6 h boriert und hat dabei ein Härtewert von 2200 HV erzielt. Beide Verfahren sind aber energie- und zeitintensiv. Hartchromschichten besitzt ein Härtewert von 600 bis 1200 HV und dienen zum Korrosions- und Verschleißschutz. Eine dicke Schichtdicke von 20 bis 500 [my]m lässt sich gut durch dieses Verfahren abgeschieden werden. Dennoch stehen die Cr(VI)-Ionen im Elektrolyt als problematisch, das sie krebserregend sind. Die Anwendung von Chromtrioxid in der EU laut REACH ohne Zulassungsgenehmigung ist seit 2017 verboten. Galvanisch Nickel bietet eine höhere Abscheiderate und eine höhere Badlebensdauer im Vergleich zur chemisch Nickel. Allerdings sind die Schichtdickenverteilung der galvanisch Nickel stark von den Feldlinien abhängig und die Härtewerte der galvanisch abgeschiedene Nickel, auch mit eine anschließende thermische Behandlung kleiner als die Härtewerte von chemisch Nickel. Daher steht chemisch Nickel in dieser Arbeit im Mittelfeld. Das Borpartikel, aufgrund seine höhere Härte und inerte chemische Eigenschaften beim Raumtemperatur sowie seine Fähigkeit um Borid nach thermische Behandlung zu bilden, wurde als Dispersoid ausgewählt. Zielsetzung dieser Arbeit ist es, die Qualität der Schichten durch Einlagerung von Bor-Partikeln in außenstromlos abgeschiedenen Nickelschichten zu steigern. Dabei soll untersucht werden, wie die Wärmebehandlung die Härte der Dispersionsschichten beeinflusst. Der Einbau der Partikel in den Ni-P Schichten soll homogen und steuerbar sein. Das Arbeitsfenster und die Parametereinflüsse auf die Abscheidung der Ni-P-B-Schicht zur Einstellung der Oberflächenhärte sind Teil dieser Untersuchung. Darunter sind die Parameter, die die Abscheiderate, die Vermeidung der Wildabscheidung und der Partikeleinbau beeinflussen können, gemeint. Auch Untersuchungen der kommerziellen Borpartikeln in Bezug auf ihrer Tendenz zur Agglomeration im Elektrolyt wurden durchgeführt. Die nötigen Messgeräte und Messtechniken für die Untersuchungen sind das Zetasizer, Metallographie, optische Mikroskopie, EDX-REM, XRD und Härtemessungen nach Vickers. Die Arbeit hat gezeigt, dass eine Abscheidung von Ni-P Schichten mit homogenen und steuerbaren eingebauten Borpartikeln durch chemisches Verfahren möglich ist. Keine Wildabscheidung ist aufgetreten, wenn die Hydrodynamik des Elektrolyten gut kontrolliert wurde. Die Härte der Ni-P-B Schichten ist nach der Wärmebehandlung gestiegen.

Die vorliegende Arbeit wurde aufbauend auf die Erkenntnisse aus der Dissertation von Stephanie Reiß erstellt. Eines ihrer Themen war das Alterungsverhalten von Flachglas unter Einfluss eines natürlichen Sahara-Sandes. Ziel der vorliegenden Masterarbeit ist es, den Einfluss einzelner Sandbestandteile auf die Alterung der Glasoberfläche mit Hilfe von Klimaschrankversuchen bei 80 &ring;C und 80 % r.h. zu evaluieren. Außerdem soll die Wechselwirkung zwischen Sandpartikeln und der Glasoberfläche untersucht werden. Die Bewitterungsversuche erfolgten mit einem kommerziellen Kalk-Natron-Floatglas. Als Sandvertreter wurden ein hochreiner natürlicher Quarzsand (SiO2> 99,9 Gew%), ein mit 1,1 Gew% Al2O3 verunreinigter natürlicher Quarzsand und ein Kalifeldspat-Sand mit 17,9 Gew% Al2O3 ausgewählt. Außerdem wurden drei Sahara-Sande aus verschiedenen Regionen Algeriens verwendet. Anhand einer Betrachtung der Ausscheidungen im Lichtmikroskop und ausgewählter Proben im Rasterelektronenmikroskop wurden die Erscheinungsbilder auf der Glasoberfläche charakterisiert und mit bisherigen Erkenntnissen verglichen. Außerdem wurden mittels Röntgenbeugung die kristallinen / mineralogischen Phasen auf der Glasoberfläche sowie die qualitative chemische Zusammensetzung der Sandvertreter untersucht. Zuletzt wurden die 7 Tage lang im Klimaschrank bewitterten Luftseiten mittels Röntgenphotoelektronenspektroskopie untersucht. Durch Argon-Sputtern wurden Tiefenprofile erstellt, um die Ionenaustauschprozesse in den obersten Glasschichten (bis ca. 60 nm) zu charakterisieren und die Auslaugung der Netzwerkwandlerionen (insbesondere Na+) und dem Zwischenoxidion Mg2+ zu beschreiben. Zusätzlich wurden anhand der XPS-Spektren der obersten Schicht die Na1s- und O1s-Zustände ausgewertet, um den Anteil an brückenbindendem und nicht-brückenbindendem Sauerstoff zu bestimmen und Aussagen über eventuelle Na-haltige Reaktionsprodukte (mit dem Sand oder Bestandteilen der Luft) zu treffen. Es entstanden in dieser Arbeit erste Ansätze zur Beschreibung des Einflusses bestimmter, definierter Mineralphasen natürlicher Sande auf die Diffusion von Netzwerkwandlerionen und Kristallisationsprozesse auf der Glasoberfläche. Es wurde nachgewiesen, dass schon ein geringer Gehalt an Al2O3 im Sand die Auslaugung von Na-Ionen in den obersten Glasschichten beschleunigt. Somit wurde bestätigt, dass Aluminiumverbindungen auf der Glasoberfläche eine andere Wirkung haben, als im Glas. Bei der Bewitterung ohne Sandeinfluss ist eine Na-Anreicherung an der Oberfläche festzustellen und es können sich Phasen durch Reaktion mit den Bestandteilen der Luft bilden, wie beispielsweise Carbonate. SiO2-reicher Quarzsand wie der IOTA-Sand führt zu einer um 30 % verringerten Anreicherung im Vergleich zur natürlich bewitterten Probe ohne Sandeinfluss.

Mit dem Verfahren Mikrotransferdruck können Werkstoffe oder funktionelle Elemente mittels Elastomer-Stempel transferiert werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurden Master-Wafer, die als Stempelnegativ dienten, durch unterschiedliche Ätz-Prozesse strukturiert und zur Herstellung von Elastomer-Stempeln genutzt. Zur Strukturierung der Master-Wafer wurden DRIE und KOH-Ätzungen durchgeführt. Die Herstellungsprozesse bzw. Ätz-Ergebnisse wurden analysiert und interpretiert. Bei einem Lieferant wurde der Silikon-Gussprozess eingerichtet und durchgeführt. Die hergestellten Stempel wurden anschließend hinsichtlich verschiedener Eigenschaften wie Oberflächenrauheit, Adhäsionsfestigkeit, Geometrie/Form und Langzeitstabilität vergleichend untersucht. Die Prozessfähigkeit der Stempel und die Nutzbarkeit hinsichtlich der Transferdruck-Technologie wurden abschließend geprüft und beurteilt.

Für den Einsatz als hybrides Crashelement wurde eine Materialpaarung von Aluminiumschaum, der im Spritzgussverfahren mit einem glasfaserverstärkten Thermoplast ummantelt wird, untersucht. Durch das hohe Energieabsorptionsvermögen des Aluminiumschaums und die guten mechanischen Eigenschaften des Kunststoffverbunds sollte ein Crashelement entwickelt werden, das bis zum Versagen hohe Belastungen schadensfrei ertragen kann und in einem Crashfall die kinetische Energie aufnehmen kann. In der Arbeit wurden die verwendeten Materialien hinsichtlich ihrer mechanischen Eigenschaften untersucht. Da insbesondere die Eigenschaften des faserverstärkten Kunststoffs zahlreiche Abhängigkeiten unter anderem von der Faserorientierung, der Verformungsgeschwindigkeit und der Faserlänge aufweisen, wurde versucht diese Abhängigkeiten aufzuzeigen. Dabei wurden die Messungen an spritzgegossenen Probekörpern durch Simulationen mit Digimat-FE unterstützt. In den Simulationen war es möglich die geometrischen Parameter der Fasern gezielt einzustellen, wie es bei spritzgegossenen Proben nur unzureichend ist. Die Materialeigenschaften wurden für diese Simulationen für die Kunststoffmatrix und die Fasern getrennt voneinander zugeordnet, so dass die Ergebnisse der Simulation die kombinierten Materialeigenschaften des Verbunds wiedergeben. Zuletzt wurde ein Simulationsmodell erstellt, in dem die zuvor betrachteten Abhängigkeiten für eine Crashsimulation berücksichtigt werden können. Dafür wurden die drei Softwarekomponenten Ansys LS-Dyna, Moldex, und Digimat verknüpft, um den Lastfall vollständig abzubilden. Mit Ansys LS-Dyna wird das mechanische Modell der Simulation erstellt, indem die Vernetzung durchgeführt wird und die Materialeigenschaften des Aluminiumschaums eingefügt werden. In Moldex wird eine Fließsimulation des Spritzgießvorganges durchgeführt, mit dem Ziel die lokalen Faserorientierungen im Bauteil zu bestimmen, um diese in der Simulation berücksichtigen zu können. In Digimat werden die Materialeigenschaften des verwendeten Verbunds hinterlegt und entsprechend der lokalen Faserorientierung auf das mechanische Modell übertragen. Die Auswertung der Simulationen erfolgt über die Analyse der resultierenden Spannungen und des Energieabsorptionsvermögen des Crashelements.

Der Erhalt der Faserlänge ist bei der Verarbeitung faserverstärkter Polymere auf Schneckenmaschinen von großer Bedeutung, da die resultierende Faserlänge im Formteil einen signifikanten Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften besitzt. Während der Faserlängenabbau von glasfaserverstärkten Kunststoffen bereits umfassend in der Literatur dokumentiert ist, existieren bisher nur begrenzt veröffentlichte Untersuchungsergebnisse zum Einfluss der Herstellungsbedingungen auf die Längendegradation von langkohlenstofffaserverstärkten Thermoplasten. Im Rahmen dieser Arbeit werden die zentralen Prozessparameter bis zum Austritt der Schmelze aus der Düse identifiziert und analysiert. Zudem wird die mechanische Beschädigung des unaufgeschmolzenen Granulats beim Passieren der Einfüllöffnung und während der Feststoffförderung untersucht. Der Einfluss der Schneckengeometrie auf die Faserlängendegradation wird bei drei unterschiedlichen Schnecken näher betrachtet. Die Erkenntnisse werden in ein mathematisches Modell überführt, welches basierend auf den zentralen Einflussgrößen eine Vorhersage der resultierenden mittleren Faserlänge am Düsenausgang ermöglicht.

Das Mehrwegsystem leistet in in Deutschland einen entscheidenden Beitrag zur Nachhaltigkeit. Die Flaschen müssen im Mehrweg-Kreislauf hohen Ansprüchen genügen und unterliegen starken Beanspruchungen. Äußerlich sind diese durch so genanntes Scuffing sichtbar. Aber auch die Innenoberfläche ist im Laufe ihres Lebens unterschiedlichen Beanspruchungen ausgesetzt, sei es durch das Füllgut, die Lagerung oder die Reinigung. Bei dieser Arbeit wurden AFM-Untersuchungen an den Innenoberflächen von PET- und Glas-Mehrwegflaschen der Genossenschaft Deutscher Brunnen durchgeführt. Dabei konnten vor allem beim Glas Veränderungen der Oberflächen beobachtet werden, die nicht auf eine langfristige Degradation hindeuten. Sie lassen sich vielmehr so interpretieren, dass durch den Reinigungsprozess im Laufe der Zeit die Gelschicht auf Glas abgetragen wird und neue frische Oberflächenstrukturen entstehen. Dies geschieht über drei Stufen, der Lochentstehung, dem Lochwachstum, der Schichtauflösung. Für Aussagen zu PET-Mehrwegflaschen lieferten die Messungen keine aussagekräftigen Erkenntnisse.

Um die Anforderungen an Lithium-Ionen Zellen für baterieelektrische Fahrzeuge zu erfüllen, werden die Zellen zu Modulen verschaltet. Dadurch werden die notwendigen Energien und Kapazitäten erreicht. Durch das steife Modulgehäuse führen die im Betrieb einer Lithium-Ionen Zelle auftretenden Volumenänderungen zu sich ändernden mechanischen Belastungen. Wird der Druck zu hoch, kann dies zu einem beschleunigten Kapazitätsverlust der Zellen und dem mechanischen Versagen des Moduls führen. In dieser Arbeit werden das irreversible Zelldickenwachstum an Lithium-Ionen Zellen unter simulierter Modulsteifigkeit untersucht. Die Zellen zeigen ein verstärktes Wachstum in den ersten Zyklen, welches nach und nach in ein annähernd lineares Wachstum übergeht. Das initiale Zelldickenwachstum wird in dieser Arbeit beschrieben und der verantwortliche Mechanismus untersucht. Dabei wurden Zellen mit Hilfe von Dilatometer, Lichtmikroskop, REM, EDX, AFM und ICP-OES Messungen untersucht. Durch die Analytik wurden Hinweise auf ein verstärktes Wachstum der Solid Electrolyte Interphase gefunden. Auch der Einfluss verschiedener mechanischer und elektrischer Parameter wurde untersucht. Dabei konnte gezeigt werden, dass eine höhere initiale Verspannung zu mehr Wachstum im ersten Zyklus führt, während eine geringere simulierte Modulsteifigkeit sowohl das Wachstum im ersten als auch den Folgezyklen verstärkt. Die Untersuchung der elektrischen Parameter ergab, dass die Entladerate keinen Einfluss auf das initiale Wachstum hat. Durch Zyklen mit verringerter Ladeschlussspannung zu Beginn des Betriebs konnte das Wachstum eingedämmt werden, jedoch wuchsen die Zellen in den folgenden Vollzyklen auf eine ähnliche Dicke, auf die sie ohne Zyklen mit eingeschränktem SOC gewachsen wären. Mit langsamen Laden der Zellen in den ersten Zyklen konnte das Wachstum, auch in folgenden Zyklen mit schnellerem Laden, verringert werden. Schnellladen führt zu einem verstärkten Zelldickenwachstum der Lithium-Ionen Zellen.

Mit stetig wachsenden Anforderungen an Bauteile und die verwendeten Werkstoffe ist es notwendig das Potential dieser voll auszuschöpfen. Besonders bei wechselbeanspruchten Bauteilen ist es erforderlich die Lebensdauer und Belastungsgrenzen zu erhöhen. Eigenspannungen in den Oberflächen haben einen sehr großen Einfluss auf die Wöhlerkurve, die in vielen Gebieten der Wissenschaft und Technik Parameter für die Bauteilauslegung liefert. Die Bestimmung des Eigenspannungszustands kann durch verschiedene Messmethoden realisiert werden. In der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung konnte sich das röntgenographische Verfahren der sin2[Psi] - Methode etablieren. Eine neue alternative Methode ist das cos [alpha] - Verfahren, dessen Grundlagen durch Taira et al. [TTY78] im Jahr 1978 erarbeitet wurde. In dieser Arbeit steht das zurzeit weltweit kleinste und leichteste Eigenspannungsmessgerät Pulstec [my]-X360s (Entwicklung im Jahr 2016) im Fokus. Durch eine einzige Bestrahlung kann ein Debye-Scherrer-Ring mithilfe einer Bildplatte als 2-dimensionalen Detektor aufgenommen und daraus die Eigenspannungen ermittelt werden. Aufgrund der noch mangelnden Erfahrungswerte gilt es diese zu sammeln sowie die Fähigkeiten und Grenzen des Geräts näher zu untersuchen. Zu den Untersuchungspunkten zählen unter anderem Brennfleckuntersuchungen, Messungen an konkav und konvex gekrümmten Proben, die Variation des Auswertungsbereichs der Debye-Scherrer-Ringe und die Messfähigkeit bei vorhandenen Schubspannungen im Bauteil. Es konnte gezeigt werden, dass die Einrichtung der Messung sehr genau erfolgen sollte und sich einige Zusatzkomponenten, wie z. B. ein x-y-Tisch für die Probenpositionierung, als sehr nützlich erwiesen haben. Besonders sollten während weiterer Messungen die gewonnen Kenntnisse bezüglich der Brennfleckuntersuchungen berücksichtigt werden. Aufgrund verschiedener Probengeometrien ist es möglich, dass die Debye-Scherrer Ringe teilweise abgeschattet werden. Um den Einfluss dieser Unregelmäßigkeiten zu vermindern ist es notwendig den Auswertungsbereich einzuschränken. Des Weiteren sind verschiedene Methoden aufgeführt, um die Schubspannungskomponente TYX zu ermitteln. Im Vergleich mit den Messungen der sin2[Psi] - Methode konnten bei nahezu allen Ergebnissen äquivalente Werte erzielt werden, was die Validität des Geräts und der cos [alpha] - Methode bestätigt. Dennoch ist anzumerken, dass es Verbesserungsbedarf hinsichtlich des Laserpunkts, der Einrichtungsmöglichkeit des Geräts und der Auswertungssoftware gibt.

Das Abkühlverhalten von Formteilen im Spritzgießverfahren beeinflusst maßgeblich deren physikalische Struktur und somit auch die resultierenden mechanischen Eigenschaften. Daher ist es von großem Interesse genaue Kenntnis über das Abkühlverhalten zu erlangen, um mittels zielführend eingestellten Prozessparametern die Zielvorgaben mechanischer Eigenschaften einzuhalten und erweitern zu können. Das Ziel dieser Arbeit war es, durch den Einsatz der Infrarot-Thermografie Grundlagen für eine Korrelation der Temperaturverteilung der noch heißen Formteile mit deren Morphologie und Auswirkungen auf die mechanischen Eigenschaften zu schaffen. Dieser Sachverhalt wurde an einem High-Density-Polyethylen dargestellt. Anhand einer Literaturrecherche wurden das Verhalten von Thermoplasten beim Abkühlen aus der Schmelze und die bislang bekannten Einflussgrößen auf die Morphologie und die mechanischen Eigenschaften herausgearbeitet. Nach der Bewertung und Auswahl konkreter Einflussfaktoren erfolgte eine statistische Versuchsdurchführung, deren erfasste Zusammenhänge beurteilt und diskutiert wurden. Die dabei gewonnenen Daten wurden anhand einer Regressionsanalyse in ein mathematisches Modell überführt. Mit diesem Modell ist es möglich, die mechanischen Eigenschaften quantitativ auf Basis der Temperaturinformationen über den Abkühlvorgang vorherzusagen.

Ziel dieser Masterarbeit ist die Untersuchung und Bewertung des Echtzeit-Korrosionsmessgeräts AirCorr, das zur Überwachung von Bauteilen und Motoren beim Transport und der Lagerung eingesetzt werden kann. Dabei liegt der Schwerpunkt auf der Erprobung der Metallsensoren, deren Verhalten bei unterschiedlichen klimatischen Bedingungen in der Klimakammer, Salzsprühnebelkammer und zwei Seetransporten untersucht werden. Während die Beurteilung der Korrosivität bei unterschiedlichen Temperaturen und Luftfeuchten besonders gut über die Korrosionsraten des Silbersensors bestimmt werden kann, eignet sich der Kupfersensor für chloridhaltige Atmosphären. Chloride beschleunigen das Korrosionsverhalten des Sensors stark. Ein weiterer Fokus liegt auf der Regeneration der Sensoren, um eine mehrfache Nutzung zu ermöglichen. Diese wird mittels der Beize des Kupfersensors und Reduktion des Silbersensors durchgeführt. Die Korrosionsraten der regenerierten Sensoren weichen von dem Originalzustand ab, liegen nach der DIN EN ISO 9223 jedoch in der gleichen Korrosivitätskategorie wie die unverbrauchten Sensoren. Um eine Korrelation zwischen den Messungen des AirCorr und den Bauteilen und Motoren zu erhalten, werden Gewichtsverlustmessungen an Gusseisenproben durchgeführt. Es zeigt sich, dass der Silbersensor sensitiver auf Veränderungen in der Umgebung reagiert. Überschreitet dieser die Korrosivitätskategorie IC 2 nicht, geht keine Rostgefahr für die Gussproben aus. Das AirCorr Messgerät liefert einen Informationsgewinn gegenüber gewöhnlichen Datenloggern, da der diverse Einfluss korrosiver Spezies in der Atmosphäre gemessen wird. Der Einsatz in zukünftigen Anwendungen bietet die Möglichkeit, die Umgebung von Bauteilen und Motoren bei Transporten und der Lagerung genauer zu überwachen, korrosive Exposition besser zu erkennen und Maßnahmen zu treffen.

Aufgrund seiner elektrokatalytischen Aktivität, die hohen Korrosionsbeständigkeit und günstigen Kosten hat Nickel (Ni) in Zukunft ein großes Potential als elektrokatalytisches Elektrodenmaterial. In dieser Arbeit werden Si-Vorlagen mit nanograsartigen Oberflächenstrukturen durch tiefes RIE-Verfahren hergestellt, dann werden Ni-Elektroden mit Nanograsstrukturen (große Oberfläche) durch Si-Vorlagen-gestützte Galvanik erhalten. Zum Vergleich werden auch Ni-Elektroden mit ebener Oberfläche hergestellt. Die Elektroden sind für die Wasserstoff- und Sauerstoffevolutionsreaktion (HER und OER) elektrochemisch charakterisiert. Die Elektroden mit Nanograsstrukturen zeigen eine deutlich bessere katalytische Aktivität, und die entsprechende elektrochemische Oberfläche ist 10-mal größer als die der Ni-Elektroden mit ebener Oberfläche. Die erhaltenen Ni-Elektroden mit Nanograsstrukturen werden mit N2-Plasma weiterbehandelt. Die behandelten Ni-Elektroden zeigen eine deutlich verbesserte katalytische Aktivität für HER und OER aufgrund der gebildeten Phase Ni3N in der Ni-Matrix nach der Plasmabehandlung. Schlüsselworte: Nickel, N2-Plasma, Elektrokatalysator, HER, OER

Die Ziele der vorliegenden Arbeit sind die Entwicklung eines Recyclingverfahrens für bleihaltiges Altglas und die Senkung der Herstellungskosten von porösen Gläsern. Der Ansatz besteht in der Verwendung des Altglases als Rohstoff für die Produktion poröser Gläser. Ein Teil der Arbeit stützt sich auf die Projektarbeit von Paternoga, Hornemann und Gabriel \cite{Paternoga2019}, die die porösen Gläser mit bleihaltigem Altglas als Edukt hergestellten. In eigenen Experimenten erfolgte die Herstellung von porösen Vergleichsgläsern mit \ac{Pb3O4}. Die Masterarbeit stellt die Ergebnisse aus beiden Versuchsreihen gegenüber. Es wird einerseits die Abhängigkeit der Porentextur von der \ac{PbO}-Konzentration und andererseits von der Wärmebehandlung betrachtet. Zur Charakterisierung der Ausgangsgläser werden diese auf ihre Glasübergangstemperatur, Dichte und ihr Transmissionsverhalten untersucht. Mittels \ac{RFA} wird die Zusammensetzung der Proben bestimmt. Die porösen Gläser sind nach der Extraktion nicht bleifrei, haben aber einen um mindestens \unit[90]{\%} geringeren \ac{PbO}-Gehalt als die Ausgangsgläser. Es wird durch \ac{Hg} und \ac{REM}-Bilder gezeigt, dass die Poren mit steigender Wärmebehandlungstemperatur wachsen. Ein Zusammenhang zwischen \ac{PbO}-Konzentration des Ausgangsglases und der Porengröße wird nicht gefunden. Allerdings wird gezeigt, dass eine Änderung der Porentextur durch die Zugabe von \ac{PbO} eintritt.Es wird weiterhin gezeigt, dass sich für die Herstellung eines porösen Glases mit einer Ausgangs-\ac{PbO}-Konzentration von \unit[4]{Mol-\%} bei Verwendung des Altglases statt des \ac{Pb3O4} eine Rohstoffkostenersparnis von \unit[55]{\%} ergibt. Weitere Einsparmöglichkeiten liegen in der Energiekostenreduktion durch die voraussichtlich verringerbare Schmelztemperatur und -dauer. Des Weiteren wird aus den Extraktionslösungen \ac{PbI2} gewonnen, welches rohstofflich betrachtet gewinnbringend verkauft werden kann.

Die vorgestellte Arbeit befasst sich mit der Entwicklung einer schnellen, effizienten, reproduzierbaren und maschinell überprüfbaren Methode zur Beurteilung der Expansion von Stents hinsichtlich der homogenen vollständigen Entfaltung und der Quantifizierung des Drucks der Stege auf die Arterienwand. Die Abdrücke des expandierten Stents werden mit Artikulationspapier auf Parafilm farblich gekennzeichnet, mit dem Lichtmikroskop aufgenommen und mithilfe eines MATLAB Programms bewertet. Das Programm bereitet diese für den Bildvergleich vor. Das bearbeitete Bild wird anschließend mit dem Musterabdruck verglichen und hinsichtlich der Abweichungen bunt markiert, während Gemeinsamkeiten schwarz eingefärbt werden. Der Druck, der während der Expansion vom Stent auf die Arterienwand wirkt, wird mithilfe der drucksensitiven Kunststofffolie erfasst und mit einem berechneten Referenzwert verglichen. Der berechnete Referenzwert bei drei Metalldrähte liegt bei ca. 31,88 atm (= 3229,84 kPa).

Die mechanischen Eigenschaften von gewebeverstärkten Faserverbundkunststoffen werden durch die Ondulation der Verstärkungsfasern beeinflusst. Darüber hinaus beeinflusst die Umgebungstemperatur die mechanischen Eigenschaften der gewebeverstärkten Faserverbundkunststoffe. Um den Einfluss der Ondulation und variierender Umgebungstemperaturen zu quantifizieren wurde in dieser Arbeit ein Berechnungsablauf entwickelt. Der Berechnungsablauf ermöglicht die Berechnung der Steifigkeiten und der Festigkeiten von gewebeverstärkten Faserverbundkunststoffen in Abhängigkeit der Umgebungstemperatur, auf Basis der klassischen Laminattheorie. Im Berechnungsablauf werden der mittlere Ondulationswinkel und die thermischen Eigenspannungen als Funktion der Temperatur berücksichtigt. Grundlage der Berechnungen der thermischen Eigenspannungen und der temperaturbedingten Ondulationswinkeländerungen ist ein in dieser Arbeit entwickeltes analytisches Modell, welches die Gewebestruktur und die Temperaturabhängigkeit des Wärmeausdehnungskoeffizienten der Kunststoffmatrix berücksichtigt. Für die Berechnungen in dieser Arbeit wurden drei mögliche Definitionen des mittleren Ondulationswinkels verwendet. Zur Validierung der Theorie und zur Ermittlung der mittleren Ondulationswinkel, welche sich am besten für die Berechnung der Steifigkeit und der Festigkeit eignen, wurden Zugversuche bei variierender Temperatur mit verschiedenen Verbunden durchgeführt.

Die autokatalytische Chemisch Nickelabscheidung ist ein wesentlicher Bestandteil in der Kunststoffvorbehandlung. In der SAXONIA Galvanik GmbH kommen diese autokatalytischen Chemisch Nickelbäder sowohl bei der ABS-Vorbehandlung als auch bei der Polyamid-Vorbehandlung zum Einsatz. Sie sind alkalisch und ihr pH-Wert wird über Ammoniak eingestellt. Der Einsatz innerhalb der ABS-Vorbehandlung funktioniert weitgehend unproblematisch und wartungsarm. Jedoch ist der Einsatz in der Polyamid-Vorbehandlung wartungsreicher, da es dort immer wieder zu unvorhergesehenen Wildabscheidungen und Selbstzersetzungen kommt. Mit den in den dieser Arbeit durchgeführten Untersuchungen an zwei Chemisch Nickelbädern sollen, durch chemische Analysen der Inhaltsstoffe und bekannter Fremdstoffe, Indizien gefunden werden, die auf eine solche Wildabscheidung oder Selbstzersetzung hindeuten.

Es wurde versucht, eine Bor-dotierend Ti3SiC2 dünne Schicht durch Magnetron Sputtern mit Targets Ti, B und SiC bzw. anschließend Tempern Prozess bei 900&ring;C mit Verweilzeit 5 Minuten zu erhalten. Die Kristallstruktur und Zusammensetzung wurden durch XRD und EDX sowie GDOES untersucht, und die mechanischen und elektrischen Eigenschaften wurden unter Verwendung der Picoindenter und Van-der-Pauw-Methode gemessen. Es wurde eine relativ reine Ti3SiC2 Kristallphase mit einigen Nebenphasen wie TiC, Ti5Si3 und teilweise nicht reagierte SiC herausgekommen. Für die Probengruppe C verschoben sich mit zunehmendem B-Gehalt die Ti3SiC2 Beugungspeaks zu einem größeren Netzebene, was zeigte sich, dass die B-Atom mögliche in der Ti3SiC2 Kristallstruktur eingebaut und einen Festlösungszustand gebildet hat. Außerdem wurde in allen Proben keine kristalline Boride Verunreinigungen gefunden. Die Härte, der Youngs-Modul und der elektrische Widerstand zeigen keinen klaren Trend mit dem B-Gehalt, was auf die nicht reagierte SiC, B sowie Nebenphasen und durch Tempern entstandene Gitterfehler zurückzuführen ist. Die Härte und das Elastizitätsmodul lagen in einem ähnlichen Bereich wie in anderen Literaturstellen, und eine maximale Härte von 34,98 GPa wurde in einer Probe mit dem höchsten B-Gehalt (˜ 75%) E-75 mit einem relativ niedrigen Elastizitätsmodul von 216,53 GPa vermerkt. Ein höherer H / E-Wert könnte für die Zähigkeit sowie Verschleißfestigkeit vorteilhaft sein. Im Allgemeinen enthielt B Proben, die entweder keinen Effekt oder eine bessere elektrische Leitfähigkeit zeigten. Im Allgemeinen die B-dotierende Proben, die entweder keinen Effekt oder eine bessere elektrische Leitfähigkeit zeigten. Zusammengefasst könnte die Zugabe von B zu einem Ti/SiC-Mehrschichtsystem reines Ti3SiC2 ohne zusätzliche Boride Verunreinigung und möglich bessere mechanischen Eigenschaften bilden. Für weitere Details wäre jedoch eine weitere Untersuchung erforderlich.

Die Integration von GaAsP-Topabsorbern mit Si ermöglicht die Präparation kostengünstiger und hocheffizienter Mehrfachsolarzellen. Um die große Gitterfehlanpassung zwischen dem Si-Substrat und dem GaAsP-Absorber zu überbrücken, werden häufig eine dünne GaP-Schicht und anschließend gradierte GaAsP-Pufferschichten abgeschieden, in denen das As zu P-Verhältnis schrittweise ansteigt. Eine hochqualitative Grenzfläche zwischen den einzelnen GaAsP-Pufferschichten ist erforderlich, um die Bildung von Defekten zu minimieren. Hier wurden die atomare Oberflächenstruktur und die chemische Zusammensetzung von GaAsP-Oberflächen in Abhängigkeit von der Ausheiztemperatur nach dem Wachstum und dem As-Gehalt untersucht. Die GaAsP-Pufferschichten wurden mittels metallorganischer Gasphasenepitaxie auf GaP(100)-Substraten abgeschieden und ihre Oberflächenpräparation wurde in-situ mittels Reflexionsanisotropiespektroskopie (RAS) überwacht. Präparierte GaAsP-Epischichten wurden mittels oberflächensensiblen Messmethoden im Ultrahochvakuum untersucht. Die Spannungsrelaxation der gradierten GaAsP-Pufferschichten wurde mittels hochauflösender Röntgenbeugung gemessen. Durch Einsatz einer "Overshoot Schicht" wurde eine Relaxation von etwa 94% für die GaAs50P50-Schicht erreicht, welche eine defektarme Epitaxie des GaAsP-Absorbers ermöglicht. Die Oberflächenrekonstruktion und ihre Stöchiometrie hängen von der Ausheiztemperatur nach dem Wachstum ab und es kann entweder V- oder Ga-reiche Oberfläche präpariert werden. Die bei 500&ring;C getemperten GaAs50P50-Proben zeigen eine Oberflächenrekonstruktion (2×4) und weisen eine As-reiche Oberfläche auf, während das Tempern bei 700&ring;C zu einer Ga-reichen Oberfläche führt. Des Weiteren zeigten GaAs30P70- und GaAs19P81-Oberflächen die gleiche Oberflächenrekonstruktion (2×4). Die Oberflächenpräparation kann in-situ durch ihre charakteristischen RA-Spektra optimiert werden.

Faserverbunde konnten sich aufgrund ihrer gewichtsspezifischen mechanischen Eigenschaften gegenüber klassischen Werkstoffen wie Metallen in der Industrie durchsetzen. Ihre Anwendung finden sie hauptsächlich in der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie sowie in Windenergieanlagen und im Bootsbau. Insbesondere Faserverbunde mit einer duroplastischen Matrix konnten sich gut etablieren. Endlosfaserverstärkte Faserverbunde mit thermoplastischer Matrix sind dagegen weniger verbreitet. Ein Grund hierfür ist das mangelnde Verständnis der Herstellung und der sich daraus ergebenden mechanischen Eigenschaften. In der vorliegenden Masterarbeit wird der Zusammenhang von herstellungsbedingten Fehlstellen und mechanischen Eigenschaften von Organoblechen beschrieben. Es werden einlagige Organobleche mittels Direktextrusion hergestellt, diese auf Fehlstellen untersucht, um ihren Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften zu bestimmen. Hierfür werden Berechnungsmodelle zur Fehlstellenentstehung und mechanischen Eigenschaften erstellt. Neben Prozessparametern wie Schmelzetemperatur, Konsolidierungsdruck und Durchsatz werden auch Versuche mit unterschiedlichen Materialparametern durchgeführt. Es wird der Einfluss von verschiedenen Faser-Matrix-Kombinationen, Bindungsarten und Flächengewichten analysiert.

Im Rahmen eines übergeordneten Projektes und dieser Masterarbeit soll an einem Teststand eine neue Art der "State of Charge" (SoC, dt. Ladezustand) Messung entwickelt und erprobt werden. Der SoC ist eine künstliche Messgröße und stellt das Maß für die verfügbare Energie einer Batterie dar. Im Falle von Vanadium reduziert sich während des Ladeschrittes V3+ zu V2+ und es wird V4+ zu V5+ oxidiert, was zu einer Änderung der nutzbaren Spannung, wie für alle chemischen Batteriespeicher, führt. Die neue Messmethode der UV VIS Spektroskopie bietet eigene Vorteile, die im Laufe der Arbeit erläutert und getestet werden sollen. Ermöglicht wird sie durch die unterschiedlichen Absorptionsspektren der vier Oxidationsstufen des Vanadiums. Es entstehen im Verlauf der Reaktionen die Farben Violett (V2+), Grün (V3+), Blau (V4+) und Gelb (V5+). Für die vorliegende Arbeit ist das neue Messgerät kalibriert und der Teststand um die neue Messmethode zu erweitert worden. Anschließend wurde die Anlage so eingerichtet, dass der SoC in einem kontinuierlichen Betrieb gemessen werden kann. Dies wird über einen Fluss des Elektrolyten durch ein neu hinzugefügtes System aus Leitungen und Dreiwegeventilen realisiert und kann unabhängig von Oxidations- und Reduktionsseite erfolgen. Es ergibt sich die Möglichkeit zur unabhängigen Vermessung der beiden Reaktionsseiten. Dadurch werden zusätzliche Einsatzmöglichkeiten wie die Detektion der Änderung der Konzentrationsverhältnisse des Vanadiums beider Reaktionsseiten realisierbar. Die Machbarkeit und Genauigkeit der Vermessung im laufenden Betrieb sowie die Vermessung einzelner Proben wird im Laufe der vorliegenden Arbeit diskutiert. Auch werden ein Temperatureinfluss des Elektrolyten auf die Vermessung der Absorptionsspektren sowie ein eigens erstelltes Modell zur nachträglichen Bestimmung des SoC beschrieben und diskutiert. Durch die fortlaufende Vermessung der Absorptionsspektren einer Reaktionsseite und die Kombination mit anderen Messdaten, z.B. der Leerlaufspannung oder Temperatur des Elektrolyten, führt diese Messmethode zu einem besseren Verständnis der Reaktionsverläufe und ermöglicht so, Gegen- und Ausgleichsmaßnahmen zur Erhaltung des Energieinhaltes sowie der Effizienz zeitnah durchzuführen.

Durch die vermehrte Verwendung hochfester, bainitischer Stahlwerkstoffe werden, neben der klassischen Metallographie mit der Lichtmikroskopie, weitere Analysemethoden benötigt. Mit Hilfe dieser Methoden kann die sehr feine Gefügestruktur der hochfesten bainitischen und martensitischen Stähle dargestellt und untersucht werden. Um das feine und komplexe Gefüge des Bainites zu analysieren, wird in dieser Arbeit die Güte der Röntgendiffraktometrie für die quantitative und qualitative Analyse von Bainit untersucht. Die qualitative, röntgenographische Analyse erfolgt mit dem [my]-XRD D8 von Brucker und zeigt die Unterschiede in den Diffraktogrammen der verschiedenen bainitischen Proben im Vergleich zu den martensitischen. Dabei kann eine Peakverbreiterung bei den martensitischen Proben gegenüber den bainitischen festgestellt werden. Für die qualitative Analyse mittels Metallographie wurden die Proben mit einem Rasterelektronenmikroskopes untersucht, welches die feine Struktur des bainitischen Gefüges auflösen kann. Durch vergleichen mit der Literatur kann die Struktur und das Vorkommen von Bainit in den untersuchten Proben bestätigt werden. Mit Hilfe der REM-Aufnahmen können auch Unterschiede zwischen Martensit und Bainit dargestellt werden. Für die quantitative Analyse wird das Programm TOPAS verwendet. Die Untersuchungen mit TOPAS zeigen, dass es schwierig ist, bainitische Proben von martensitischen mit Hilfe dieses Programmes zu unterscheiden. Dabei ist es nicht immer möglich per Ausschluss von Martensit die Proben als bainitisch zu klassifizieren. Die Auswertung der Diffraktogramme mit TOPAS zeigt sich für industrielle Analysen zu zeitaufwändig und zu komplex.

Chemisches Brünieren ist ein bereits seit Jahrhunderten eingesetztes Verfahren. Die Schicht selbst wurde zwar bereits mechanisch, aber nicht elektrochemisch charakterisiert. In der vorliegenden Arbeit wurde dies nun durchgeführt, indem Brünierschichten mit unterschiedlichem Brünierablauf aus mehreren Anlagen elektrochemisch charakterisiert wurden. Zum Einsatz kamen dabei die elektrochemische Impedanzspektroskopie und Korrosionsmessungen in Form von Stromdichte-Potentialkurven. Die Ergebnisse zeigen eine verbesserte Korrosionsbeständigkeit der Brünierungen gegenüber dem Grundmaterial auf. Die unterschiedliche Oberflächenbeschaffenheit konnte elektrochemisch mittels Stromdichte-Potentialkurve nachgewiesen werden. Des Weiteren wurde der Vorgang des elektrochemischen Brünierens erprobt und ebenfalls charakterisiert. Es konnten dem chemischen Brünieren ähnliche Schichten erzeugt werden, die sich in dem Vorhanden sein von Karbiden in der Schicht unterscheiden, welche beim chemischen Brünieren aufgelöst werden.

Die nächste Generation von Flachbildschirmen oder auch Dünnschichtsolarzellen erfordern optoelektrische Schlüsselkomponenten, welche sowohl eine geringe Absorption des Lichtes im sichtbaren Wellenlängenbereich (VIS) als auch eine hohe elektrischen Leitfähigkeit aufweisen. Die bekanntesten Materialien mit diesen optoelektrischen Eigenschaften sind transparente leitfähige Oxide (TCOs, Englisch: Transparent Conductive Oxides), die zur Herstellung dieser Produkte typischerweise in Form von Dünnschichten zum Einsatz kommen. Im Rahmen dieser Arbeit wurden Zinn-dotierte Indiumoxidschichten (In2O3:Sn) bzw. ITO-Schichten der Dicke 150 nm durch Magnetronsputtern auf dicken Glasscheiben (Kalknatronglas, Dicke 3 mm, Fläche 400 x 450 mm2) an der ILA 750 aufgebracht. Anschließend wurden diese Schichten durch Blitzlampentemperung bzw. FLA (Englisch: Flash Lamp Annealing) thermisch nachbehandelt. Es handelt sich um eine kurzzeitige und energiereicher Lichtblitz von Xenon-Lampen, der ein thermischer Stress in der Schicht verursacht, ohne das Substrat während des Prozesses zu erwärmen. Schichtcharakterisierung wurde mit verschiedenen Messmethoden durchgeführt, um den Einfluss von gepulster Lichtenergie auf die optischen und elektrischen Eigenschaften der Dünnschichten im Vergleich zu den Ausgangswerten zu untersuchen. Die Schichtdicken-messung mit einem Profilometer gibt die Schichtdicke in nm an. Mit dem Spektrometer kann die Transmission Tvis im Bereich UV-VIS-NIR gemessen werden. Der Schichtwiderstand Rsqr wird mit der Vier-Punkt-Messmethode bestimmt. Mit Hilfe eines Lichtmikroskops wurde der Einfluss vom FLA auf die Struktur der Schichtoberfläche untersucht. Das Aufheizen der Schicht durch FLA mit geeigneten Prozessparametern (Pulszeiten [ms], Energiedichten E [J/cm2], Frequenz des Blitzes f [Hz], Geschwindigkeit v [m/min] im dynamischen Fall) verändert die optoelektrischen Eigenschaften der Schichten. Eine hohe thermische Belastung gekoppelt mit einem hohen Temperaturgradienten führte zur möglichen Degradation bzw. Verschlechterung der Schicht. Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass eine gute Kombination der FLA-Prozessparameter letztendlich eine Verbesserung der optoelektrischen Eigenschaften der Schichten ermöglicht. Beispielweise wurde im statischen Prozess mit E = 7,5 J/cm2, = 2,1 ms der Schichtwiderstandes von 172,32 [Ohm pro Quadrat] zu 38 [Ohm pro Quadrat] reduziert, was zu einer Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit von ca. 78 % entspricht. Dabei wurde auch ein Anstieg von Tvis bis ca. 15 % gemessen. Für den dynamischen Prozess mit den Parametern E = 7,5 J/cm2 , = 2,1 ms , f = 0,8 Hz und v = 0,48 m/min ergibt sich eine Verbesserung der Leitfähigkeit um 35% und der Transmission um 3,1%. Weitere Experimente zur Optimierung der unterschiedlichen Prozesse wurden angedacht, welche wegen der nicht genügenden Verfügbarkeit der Stromversorgung nicht realisiert werden konnten. Es handelt sich um den Einsatz von Borosilicatglas mit geringem Anteil von Alkalien (weniger als 0,3 %) als Substrat zur Beschichtung. Außerdem könnte beim FLA-Modul ein Rück-Reflektor auf der Rückseite der Probe auf dem Träger angeordnet werden, um der Lichtstrahl mehrmals zu reflektieren und somit eine vielfache gezielte Belichtung der Probe zu ermöglichen.

Das Ziel der vorliegenden Masterarbeit war es, die Verarbeitbarkeit eines neuen Metall-Matrix-Kompositwerkstoffes im 3D-Druck nachzuweisen. Dabei wurde das Verfahren des Selektiven Laserstrahlschmelzens (SLM) verwendet, um eine mit Niobcarbid-Partikeln verstärkte Stahllegierung (1.2907) zu verarbeiten. Zunächst wurde die Konditionierung der Ausgangswerkstoffe betrachtet. Dann wurden in Testreihen verschiedene Mischungsverhältnisse untersucht und Fertigungsparameter identifiziert, die die erfolgreiche additive Fertigung von mechanisch belastbaren Probekörpern ermöglichen. Die Eigenschaften der Proben wie Dichte, Härte, Gefüge und chemische Zusammensetzung wurden bestimmt und bewertet. Es konnte u.a. gezeigt werden, dass eine Partikelverstärkung zu einer signifikanten Steigerung der Härte führt.

Die vorliegende Arbeit umfasst die elektrochemische, elektrische und geometrische Modellierung von Flüssigmetallbatteriezellen und -systemen sowie die Simulation von Lastgängen auf Grundlage dieser Modelle. Ausgehend von den bisher bekannten physikalisch-chemischen Effekten in Flüssigmetallbatterien wurden ein quasistatisches Modell der Zellspannung einer Lithium||Bismut Flüssigmetallbatteriezelle entwickelt. Wesentliche Bestandteile sind die Gleichgewichtszellspannung sowie die Überspannungen der Elektroden, des Elektrolyten und der elektrischen Leiter in Abhängigkeit vom Zellstrom, dem Ladezustand und der Systemtemperatur. Des weiteren werden thermische Effekte aufgrund der Überspannungen und weiterer Zellreaktionen modelliert. Gleichzeitig wurde eine technische Auslegung aller Zellbestandteile vorgenommen und in ein geometrisches Modell einer Einzelzelle überführt. Ausgehend von dieser Einzelzelle können Flüssigmetallbatteriesysteme mit, in weiten Teilen frei wählbarer, Verschaltung entworfen und berechnet werden. Für die Simulation einzelner Zellen und komplexer Systeme wurde in der Programmiersprache Python eine Simulationsumgebung entwickelt. Bei der Auslegung erfolgt automatisch die Berechnung aller Geometrien, Massen, Wärmekapazitäten und einer Reihe weiterer thermischer und elektrischer Kenngrößen. Es können beliebige Lastgänge (strom- oder leistungsbasiert) in Zeitreihen vorgegeben und das elektrische und thermische Verhalten (Spannungen, Ströme, Wärmeströme) der Zellen und der aus den Zellen aufgebauten Systeme simuliert und ausgewertet werden. Das Zellmodell wurde anhand publizierter Daten einer Laborzelle validiert. Die Anwendung der entwickelten Simulationssoftware wurde anschließend anhand mehrerer Beispielsysteme mit unterschiedlichen Zellgrößen und Verschaltungsvarianten dargestellt. Abschließend wurde das Verhalten eines ausgewählten Batteriesystems zur Zwischenspeicherung der Energie einer Photovoltaik-Anlage in einer Modellgemeinde simuliert und analysiert.

In dieser Arbeit wurden Eigenschaften von Transistoren und TLM-Strukturen, basierend auf 2D-Materialien Graphen und MoS2, gemessen und analysiert und ein Computerprogramm auf Java entwickelt, um die Geräteparameter aus den gemessenen Kennlinien zu extrahieren. Die untersuchten Bauelemente waren Top-Gate- und Back-Gate-MoS2-Transistoren, Graphen-Side-Gate-Transistoren und Graphen-TLM-Strukturen. Alle diese Bauelemente wurden an der TU Ilmenau von Kollegen aus den Bereichen Nanotechnologie und Festkörperelektronik hergestellt. Mit Hilfe des entwickelten Programms wurden die folgenden Ergebnisse erzielt: 1. Die untersuchten MoS2-Top-Gate- und Back-Gate-Transistoren hatten ein Ein/Aus-Verhältnis von 10^4 - 10^6, eine Steilheit von 10^-2 - 10^-1 S/m, eine Drain-Source-Leitfähigkeit von 10^-2 S/m, Beweglichkeit von 10^-1 cm^2/(V×s), Subthreshold-Swing von 10 - 20 V/dec und einen Kontaktwiderstand von 10^5 - 10^7 Ohm. 2. Die untersuchten Graphen-Side-Gate-Transistoren hatten ein Ein/Aus-Verhältnis von 1 - 5, eine Steilheit von 20 - 70 S/m, eine Drain-Source-Leitfähigkeit von 400 - 1000 S/m und eine Beweglichkeit von 40 - 60 cm^2/(V×s). 3. Die untersuchten Graphen-TLM-Strukturen hatten einen Kontaktwiderstand von 0.1 Ohm×cm, einen Schichtwiderstand von Graphen von 2×10^3 Ohm/sq und einen spezifischen Kontaktwiderstand von 10^-6 - 10^-5 Ohm×cm^2.

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird die MID-Technologie für den Einsatz in Elektromotoren untersucht. MID steht für "molded interconnect device" (dt. spritzgegossener Schaltungsträger) und bezeichnet Kunststoffteile mit einer räumlich strukturierten, teilmetallisierten Oberfläche. Das Ziel der Arbeit ist eine technische Potenzialanalyse und Optimierung verschiedener MID-Herstellungsverfahren. Im Mittelpunkt der Arbeit steht die Frage: Wo und in welcher Form kann die MID-Technologie in Elektromotoren eingesetzt werden? Basierend auf einem umfassenden Vergleich der MID-Herstellungsverfahren werden verschiedene Konzepte von MID-Produkten speziell für Außenläufermotoren ausgearbeitet. Die Konzepte veranschaulichen die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten der MID-Technologie und stehen exemplarisch für weitere Anwendungen. Sie zeigen das hohe Potenzial der Technologie auf. Die Konzepte sind hinsichtlich Produkt- und Prozesseigenschaften aufeinander abgestimmt und optimiert. Grundsätzlich kann einerseits festgehalten werden, dass sich einige MID-Herstellungsverfahren sowie angrenzende Themenfelder noch im Forschungs- und Entwicklungszustand befinden. Andererseits bietet die MID-Technologie neue Möglichkeiten bei der Entwicklung von hochfunktionellen Produkten.

Diese Masterarbeit befasst sich mit der Charakterisierung und Anpassung einer Elektrodialyseeinheit zur Gewinnung von Lithiumhydroxid aus Lithiumchlorid. Dafür werden zunächst die in der Zelle ablaufenden Prozesse theoretisch betrachtet. Auf der Grundlage von Literaturdaten wird eine Auswertemethode zur Prozessüberwachung mittels Leitfähigkeits- und Temperaturmessungen entwickelt. Die durchgeführten Versuche geben Aufschluss über die einzelnen Elektrolytparameter, insbesondere wird der Zusammenhang zwischen der eingesetzten Ausgangskonzentration und der Energieeffizienz untersucht. Bei einer Stromdichte von 20A/dm wurden Stromausbeuten von 50-60% erreicht, außerdem konnte Lithiumhydroxid bis über die Löslichkeitsgrenze aufkonzentriert werden.

Mit Hilfe von numerischen Strömungsberechnungen (Computational Fluid Dynamics) können Aufschmelzvorgänge, die bis heute nur teilweise experimentell nachvollzogen werden können, dargestellt werden. Am Beispiel der Plastifizierung von thermoplastischen Kunststoffen im Einschneckenextruder soll ein numerisches Aufschmelzmodell mit Ansys Polyflow erstellt werden. Ziel soll es sein, anhand dieses Modells genaue Untersuchungen des Aufschmelzvorganges zu ermöglichen. Nach einer Analyse bestehender analytischer und numerischer Aufschmelzmodelle erfolgt die Konzeption eines Aufschmelzmodells in Ansys Polyflow. In dieser werden die benötigten Geometrie-, Prozess- und Materialparameter genau analysiert und hinsichtlich der Auswirkungen von vereinfachten Annahmen diskutiert. Ein besonderes Augenmerk wird dabei auf die Abbildung der Materialdaten sowie des Feststoffbettes, in Form eines hochviskosen Fluids für die numerische Strömungssimulation, gelegt. Anschließend erfolgt die schrittweise Implementierung in Ansys Polyflow sowie die Diskussion der Ergebnisse und auftretender Problemstellungen.

Einschneckenextruder (ESEx) finden große Anwendung in Verarbeitungsprozessen von Kunststoffformteilen. Wie eine Pumpe gehört das Druck-Durchsatzverhalten zum wichtigen Charakter eines Einschneckenextruders. Das theoretische Verständnis dieses Verhaltens ist bei schmelzedominierten Bereiche (Kompressionszone und Meteringzone) eines ESEx erfolgreich validiert. Für die feststoffdominierten Bereiche (Einzugszone) fehlen die theoretischen Erfassungen dieses Verhaltens wesentlich. Ziel dieser Arbeit ist es, das Druck-Durchsatzverhalten in der Einzugszone von Einschneckenextrudern experimentell zu untersuchen und dieses Verhalten modelhaft zu beschreiben. In der vorliegenden Arbeit wird zuerst auf das theoretische Verständnis über den Massedurchsatz und den Druckaufbau in der Einzugszone für die Feststoffförderung eingegangen. Dabei werden folgende Einflussfaktoren auf den Druckaufbau in der Einzugszone festgestellt und soll experimentell untersucht werden: Steigungswinkel der Schnecke, Schneckenreibung, Kanalhöhe, innere Reibung der Granulate, Nutenanzahl Temperatur, Drehzahl und Lawinenwinkel. Anschließend wird ein Versuchsaufbau konzipiert und umgesetzt. Der neue Versuchsaufbau baut den Druck auf, indem die Einzugszone komplett geschlossen wird. Zur axialen Druckmessung dient eine Kraftmessdose. Schließlich werden die Versuche durchgeführt. Der Druckgradient aus den Messergebnissen wird als der Indikator für den Druckaufbau verwendet. Die Messergebnisse sind zu interpretieren und mit dem theoretischen Modell zu vergleichen.

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit einer Verfahrensentwicklung zur Herstellung von Hohlkörperstrukturen mit Langglasfaser verstärkten Kunststoffen. Die Intention ist das Zusammenführen von dem Fließpressen und der Gasinjektionstechnik. Durch das Plastifizieren mit offener Anlagendüse wird das Plastifikat geringeren mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt. Mit der daraus resultierenden Faserlängenerhöhung geht eine höhere Porosität des Plastifikats einher. Hierdurch wird die Gefahr des Gasblasenaustrittes gesteigert. Zur Reduzierung der Porosität wird der Gasinjektionstechnik ein Pressverfahren vorausgeschalten. Ziel der Arbeit ist es die Verfahrensidee praktisch umzusetzen sowie die Reproduzierbarkeit der Außenkontur und der Wandstärke zu untersuchen.

GaAs Nanodrähte sind zukunftsweisende Materialen für Anwendungen im Bereich der Solarenergie sowie für Bauteile im Nanometerbereich. Der pn-Übergang innerhalb der Nanodrähte ist für die Leistungsfähigkeit verschiedener Module von zentraler Bedeutung. Ein detailliertes Verständnis der Vorgänge in einem pn-Übergang im Nanobereich ist daher von großem Interesse. Im Rahmen dieser Arbeit wurden einzelne Nanodrähte mit axialem pn-Übergang elektrisch und optisch charakterisiert. Vier-Punkt Messungen im Multi-tip STM ermöglichen die Bestimmung des Widerstandes entlang eines Nanodrahtes mit hoher räumlicher Auflösung. Durch die Anwendung eines Transportmodells wurde die Dotierungskonzentration des n- und p-dotierten Nanodrahtsegmentes berechnet. Zusätzlich wurde die Dotierungskonzentration mithilfe räumlich aufgelösten optischen Messungen wie Mikro-Photolumineszenz (u-PL) und Kathodolumineszenz (CL) untersucht. Die Strom-Spannungs Charakteristik der Nanodraht pn-Übergänge wurde durch vier-Punkt Messungen räumlich aufgelöst ermittelt. Die vier-Punkt Methode ermöglicht die Bestimmung des Widerstandes einzelner Nanodrähte ohne den Einfluss von Kontaktwiderständen. Mithilfe des UHV Transfersystems war eine Charakterisierung der Proben ohne externe Verunreinigung möglich. Die Strom-Spannungskennlinie zeigte im Vergleich zu gewöhnlichen GaAs Dioden einen ähnlichen Verlauf. Jedoch wurde eine starke Anfälligkeit durch auftretende Oberflächenzustände herausgestellt, welche sich durch eine fehlende Passivierung verstärkt ausbilden. Die räumlich aufgelösten elektrischen und optischen Messungen tragen zu einem erweiterten Verständnis von pn-Übergängen im Nanobereich bei und können damit die weitere Entwicklung von Nanodrahtstrukturen unterstützen.

UV Nonoimprint ist die bevorzugte Methode im Vergleich zu thermischen Abformen. In dieser Arbeit wird die SCIL Technologie (Substrate Conformal Imprint Lithography) untersucht. Sie wurde 2010 von SUSS MicroTEc und Philips Research entwickelt. Es ist eine innovative Methode um mit hohem Durchsatz, hohe Auflösungen bei niedrigen Kosten zu realisieren. Die Positioniergenauigkeit ist dabei aber eine wichtigsten Prozesseinschränkungen. Diese Arbeit untersucht den Einfluss einzelner Prozessparameter auf die Positioniergenauigkeit. Alle Prameter wurden optimiert um den Prozess für eine bestmögliche Überlagerungsgenauigkeit einzustellen.

Das steigende Umweltbewusstsein der Bevölkerung führt zu erhöhter Nachfrage und Verwendung nachhaltiger Rohstoffe im Bereich der Kunststoffindustrie. Diesem Trend folgend werden im Rahmen dieser Arbeit Holzlangspäne zur Verstärkung duroplastischer Kunststoffe eingesetzt. Zur qualitativ hochwertigen und zugleich effizienten Herstellung derartig verstärkter Kunststoffe mittels Resin Transfer Moulding Verfahren werden signifikante Prozessparameter (Vorkompression, Injektionsdruck, Faservolumengehalt) untersucht sowie das Fließverhalten verwendeter Harzsysteme modelliert. Nach Validierung des entwickelten Modells werden Rückschlüsse auf Porenentstehung während der Herstellung gezogen sowie mechanische Eigenschaften hergestellter Probekörper mit gemessenen Porenvolumenanteilen korreliert.

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&ring;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&ring;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.

Das Fügeverfahren, Aluminium-Bolzenschweißen mittels Hubzündung, wird seit mehreren Jahren in der automobilen Großserienproduktion eingesetzt. Der wissenschaftliche Erforschungsgrad dieser Fügetechnik ist gering. Derzeit sind keine nennenswerten wissenschaftlichen Arbeiten verfügbar. Prozessparameter und dessen Grenzen sind bezüglich eingesetzter Werkstoffe nicht definiert. Im Rahmen dieser Masterarbeit wird der Einfluss verschiedener Bolzen- und Blechwerkstoffe auf die Schmelzbildung ermittelt. Hierzu wurden die Schmelzen der Fügepartner nicht vereint. Somit lässt sich die Schmelzentwicklung an Bolzen und Blech separat betrachten. Die zur Untersuchung herangezogenen Werkstoffe sind der 5000er und 6000er Legierungsserie zugeordnet. Das Schmelzverhalten der Fügepartner wird in verschiedenen Polungsrichtungen und Schmelzzeiten abgetastet. Prozessgrenzen für die jeweiligen Fügepartner sind ermittelt. Mittels der errungenen Kenntnisse gelingt es unter Berücksichtigung zuvor definierter Schmelzgeometrien, Prozessparameter zu definieren. Die Festigkeit der Fügeverbindung ist abgeprüft und liefert vorzeigbare Ergebnisse. Auf Basis der Versuchsergebnisse konnte eine wissenschaftlich fundierte Parameterempfehlung erstellt werden.

Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung eines auf maschineninterner Kompressionsmessung basierenden Reglungskonzepts, um die Gewichts- und Volumenkonstanz beim Spritzgießen von Thermoplasten zu verbessern. Dazu wird ein vorliegendes Regelungskonzept auf dessen Sensitivität gegenüber der wirkenden Störeinflüssen zur präventiven Ausschussvermeidung analysiert. Die Prozessstörung wird hierbei durch die gezielte Variation der Schmelzeviskosität und -kompressibilität des verwendeten Polypropylens erreicht. Neben der Funktionsüberprüfung der vorhandenen Regelung wird der Informationsgehalt der Kompressionsmessung untersucht und mit bewehrten Prozesskennzahlen verglichen. Die Erkenntnis aus der Versuchsdurchführung wird an-schließend dazu verwendet das bestehende Regelungskonzept zu optimieren, indem das Füllvolumen basierend auf der gemessenen Schmelzekompressibilität in Kombination des vorherrschenden Einspritzdrucks geregelt wird.

Ziel dieser Arbeit war die Herstellung und Charakterisierung von poröser C/C-SiC Keramik. Es wurde der Prozess identifiziert, der die beste Kombination aus mechanischen und akustischen Eigenschaften liefert. Hierzu wurden Archimedesmethode, Quecksilberporosimetrie, Pyknometrie, Bestimmung des Strömungswiderstands, Bestimmung des akustischen Reflexionskoeffizienten und 3-Punkt-Biegeversuch verwendet. Die Herstellung erfolgte über den LSI-Prozess. Es wurden Grünkörper über Heißpressen, Autoklav und Resin Transfer Moulding hergestellt und anschließend mit den gleichen Parametern pyrolysiert, siliziert und entsiliziert. Es werden zwei Heißpress-Proben mit gleichen Parametern hergestellt, eine Autoklav-Probe und zwei Resin Transfer Moulding-Proben mit unterschiedlichen Harzen hergestellt. Für die zweite Probe wird ein Harz verwendet, welches nach der Pyrolyse zu einer mikroporösen Matrix führt. Autoklav- und Resin Transfer Moulding zeigen gute Handhabbarkeit und Reproduzierbarkeit. Beim Heißpressen wird der vorgegebene Harzmassenanteil nicht erreicht. Dies führt zu Delaminationen in späteren Prozessschritten. Bei der Entsilizierung konnte gezeigt werden, dass ein höheres Oberfläche- zu Volumenverhältnis zu einer vollständigeren Entsilizierung und somit zu höherer offener Porosität führt. Bei der Charaktersierung zeigten die Heißpress-Proben höchste offene Porosität (33 %) und gröbste Porenstruktur. Autoklav- und Resin Transfer Moulding-Proben zeigen untereinander ähnliche, niedrigere offene Porositäten (19 %) und feinere Porenstrukturen. Der Strömungswiderstand ist tendenziell für die größte offene Porosität und größten Porendurchmesser am geringsten. Die akustischen Absorptionskoeffizienten können gesichert nur für Autoklav- (44 %) und eine der Resin Transfer Moulding-Proben (51 %) ermittelt werden. Dies beschränkt die abschließende Bewertung auf diese beiden Proben. Bei den mechanischen Eigenschaften zeigen die Heißpress-Proben die höchste Biegefestigkeit (69 %) Die Resin Transfer Moulding-Probe mit mikroporöser Matrix zeigt mit niedrigster Biegefestigkeit (26 %) und höchstem E-Modul (55 GPa) stärker monolithischen Charakter. Die Autoklav- und die verbleibende Resin Transfer Moulding-Probe zeigen untereinander ähnliche Biegefestigkeiten (55 MPa) und Elastizitätsmodule (42 GPa) Abschließend konnte Resin Transfer Moulding ohne mikroporöses Harz als Prozess mit der besten Kombination aus akustischen und mechanischen Eigenschaften identifiziert werden.

Die Extrusion thermoformbarer, physikalisch geschäumter Folie aus Polyethylenterephthalat erfordert umfassende werkstoffliche und verfahrenstechnische Kenntnisse. Schwankungen in der Rezeptur oder den Prozessbedingungen beeinflussen die Qualität des resultierenden Schaumes. Das Verständnis der notwendigen Verfahrenstechnik und der beteiligten Werkstoffe ermöglicht die gezielte Einstellung von Schaumcharakteristika wie der Dichte, der Zellmorphologie und den mechanischen Eigenschaften. Die vorliegende Arbeit identifiziert die relevanten Einflussfaktoren auf die Schaumqualität und zeigt Wege zur quantitativen Charakterisierung selbiger. Die Abhandlung beschreibt die Entwicklung und Umsetzung eines Versuchsplans zur Untersuchung des Sachverhalts. Der Versuchsplan wird im Rahmen der praktischen Umsetzung auf einem gleichdrehenden Doppelschneckenextruder realisiert. Die Schaumqualität wird mithilfe geeigneter Messverfahren ermittelt. Die daraus resultierenden Datensätze werden genutzt, um phänomenologische Modelle zu formulieren, die in der Lage sind, die untersuchten Schaumeigenschaften mithilfe der Ausgangsparameter zu berechnen. Verifizierungsmessungen ermöglichen eine Validierung der Modellgleichungen und die Ermittlung des Gültigkeitsbereichs der modellierten Zusammenhänge. Die Haupteinflussparameter auf die Eigenschaften des Schaumes werden analysiert und vorgestellt.

Diese Masterarbeit beschäftigt sich mit der Auswertung der Daten der Auger-Tiefenprofilierung. Hierzu werden die Defizite von verbreiteten Methoden untersucht und die Probleme systematisch bearbeitet. Die üblichen Methoden vereinfachen die Rauigkeit der Probe, die Austrittstiefe der Auger-Elektronen und atomare Vermischung der Grenzflächen durch eine Gaußverteilung. Darunter leidet, besonders bei Profilierung dünner Schichten, die Interpretation der Tiefenauflösung. Deshalb wurde ein Modell modifiziert, dass diese Einflüsse mit drei physikalisch aussagekräftigen Faktoren modelliert. Die Parameter modifizieren Funktionen welche nach Faltung mit dem realen Konzentrationsprofil die erwartete Messung ergeben. Das Modell beachtet die in geringen Tiefen bis 50nm relevante mittlere Austrittstiefe der Augerelektronen und für große Tiefen ab 500nm materialabhängige Rauigkeitszunahme über die Sputtertiefe. Zum Prüfen des Modells wurden Proben mit bekannter Schichtdicke und Zusammensetzung vermessen. Mit diesen Parametern wurden dann Messungen simuliert und die Ergebnisse verglichen. Darauffolgend wird die Umkehrung des Modells an Messdaten demonstriert. Hierzu muss die akkumulierte Sputterzeit innerhalb der Messungen in Sputtertiefe gewandelt werden, weshalb die Sputtergeschwindigkeit in Al2O3 messtechnisch erfasst wurde. Darauf folgen verschiedene Methoden der Entfaltung und ein Ansatz die nicht konstanten Integrationskerne der Rauigkeitszunahme mit der Sputtertiefe zu verarbeiten. Dies ermöglicht es einzelne unter Al2O3 vergrabene Monolagen Graphen auf Siliziumkarbid zu nachzuweisen und zu quantifizieren. Die Leistung der Methode wurde daraufhin an Proben demonstriert. Ein weiterer Aspekt der Arbeit war die zerstörungsfreie Tiefenprofilierung. Hierzu wurde ein Modell erstellt, welches den Einfluss verschiedener Parameter auf die Augersignal-Intensität beschreibt. Zu den Parametern gehört die Dicke von dünnen Schichten und Adsorbaten, sowie der Detektorwinkel. Auf der Basis des Modells wurden zwei Strategien beschrieben, wie eine Schicht durch ihren Einfluss auf das Augersignal des Substrats hinsichtlich Dicke und Zusammensetzung vermessen werden kann. Eines nutzt dabei die endliche Austrittstiefe von Auger-Elektronen und das andere die Abhängigkeit des Signals vom Messwinkel. Da Messungen dieser Art sehr rauschempfindlich reagieren wird eine Möglichkeit der Rauschminderung auf Basis einer Histogrammanalyse einer Raster Auger Mikroskopie (SAM) Mes-sung beschrieben und an einem Beispiel durchgeführt.

In dieser Master-Arbeit wird mit einem galvanischen Beschichtungsverfahren gearbeitet. Dabei werden die Grundlagen eines Legierungssystems aus Zink (Zn), Nickel (Ni) und Eisen (Fe) untersucht. Ziel dieser Ausarbeitung ist die Analyse des Einflusses der Fe-Konzentration in Zn-Ni-Elektrolyten. Da für den ausgezeichneten Korrosionsschutz von Zn-Ni-Legierungen die [gamma]-Phase verantwortlich ist, soll diese Hauptbestandteil der Legierungsschicht sein. Durch den Einbau von Eisen findet eine Phasenverschiebung von der [Eta]- zur [gamma]-Phase statt. Der maximale Anteil an [gamma]-Phase ist eine Funktion des Ni- und Fe-Gehalts. Dabei stimmen die Analysen mittels Röntgendiffraktometrie und Cyclovoltammetrie überein. Der Einfluss der Kris-tallorientierungen der [gamma]-Phase (330) und (600) hängt im Besonderen mit den Korrosionsschutzergebnissen zusammen. Besteht die [gamma]-Phase hauptsächlich aus der [600]-Orientierung, ergeben sich die niedrigsten Korrosionsströme auf passivierten Oberflächen. Der Fe-Anteil der Schicht ist mit der Ausbildung der Korngröße der Kristallite verknüpft. Die Minimierung der Korngrößen entsteht durch eine Erhöhung des Eisenanteils in der Legierung. Sie führen zu einer höheren Festigkeit und Dehnbarkeit der Schicht. Die genannten Legierungsvarianten mit den größten Anteilen der [gamma]-Phase zeigen ebenfalls gute Resultate bei den elektrochemischen Untersuchungen. Es werden hervorragende Ergebnisse nach 360 h im Salzsprühtest nach DIN ISO 9227 erzielt. Es findet keine Grauschleierbildung auf schwarz-passivierten Oberflächen statt. Sowohl mit Steigerung des Ni- als auch des Fe-Gehalts, verschiebt sich das Potential hinzu anodischeren Werten (von ca. -750 mV beim Zn-Ni, zu -700 mV beim Zn-Ni-Fe auf passivierten Oberflächen). Die geringsten Korrosionsströme fließen bei 4 % Fe-Einbau in der Schicht. Dies gilt sowohl für 12,5 %-, als auch für 15 % Ni-Gehalt. Übereinstimmend mit den Salzsprühuntersuchungen zeigen sich die optimalen Bedingungen für Korrosionsschutz durch einen maximalen Anteil an [gamma]-Phase. Zur Aufklärung der Korrosionsschutzwirkung des Zn-Ni-Fe-Systems werden die Veränderungen in den ersten 100 nm der Passivierungsschicht durch GD-OES deutlich. Bedingt durch den Fe-Anteil ergeben sich nach der Korrosion höhere Restkonzentrationen an Ni, Cr, Fe in der Schicht. Es zeigt sich mittels XPS-Analysen, dass Nickelhydroxid, Nickeloxid und Zinkoxid neben Eisenoxiden die Hauptkorrosionsprodukte in dieser Legierungsschicht sind. Die genaue Zusammensetzung der Eisenoxide konnte mittels der aufgenommenen XPS-Spektren nicht geklärt werden. Der hohe Korrosionsschutz von bis zu 672 h im Salzsprühtest ohne Weissrost in Verbindung mit der Schwarzpassivierung, sowie die Unterbindung der Grauschleierbildung zeigen ein hohes Potential.

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 &ring;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.

Jedes Jahr leiden Millionen von Menschen an Knochendefekten infolge von Traumata, Tumoren oder knochenbedingten Verletzungen. Daher besteht die Notwendigkeit, ständig neue Materialien zu entwickeln oder die Eigenschaften der derzeit verwendeten Materialien für Knochenersatz oder Implantatanwendungen zu verbessern. Polymethylmethacrylat (PMMA) hat sich als Material für Implantate als vielversprechende Alternative erwiesen; Es gibt jedoch immer noch einige Einschränkungen, die diesem Material inhärent sind, insbesondere in Bezug auf seine Oberflächeneigenschaften. Diese Arbeit konzentriert sich auf die Herstellung von Hydroxylapatit (HAp) -Dünnfilmen auf der Oberfläche von 3D-gedruckten PMMA-Substraten. Das 3D-Drucken, insbesondere das FDM-Verfahren (Fused Deposition Modeling), wurde zur Herstellung von PMMA-Substraten mit unterschiedlichen Oberflächenporositätsgraden verwendet. Die FDM-Technik weist das Potential zur Herstellung von maßgeschneiderten Freiformstrukturen für verschiedene Anwendungen auf, einschließlich der kraniofazialen Rekonstruktion. HAp-Dünnfilme wurden mittels Radiofrequenz-Magnetron-Sputtern (RFMS) und Ionenstrahl-Sputtern (IBS) -Techniken mit einem kommerziellen Target bzw. einem "in-house" gesinterten Target abgeschieden. Eine strukturelle, chemische, mechanische und morphologische Charakterisierung wurde in den erzeugten Oberflächen mittels Röntgenbeugung (XRD), Rasterelektronenmikroskopie (REM), energiedispersiver Spektroskopie (EDS) und Härte- und Rauheitsmessungen durchgeführt. Die Ergebnisse der XRD-Analyse zeigten eine amorphe Struktur für die Filme, die sowohl durch RFMS- als auch IBS-Techniken auf den PMMA-Substraten hergestellt wurden. Die durch SEM erhaltenen mikroskopischen Aufnahmen zeigten eine Säulenmorphologie und eine niedrige Dichte für die durch RFMS hergestellten Filme; Die gleiche Technik zeigte eine Struktur von Stegen von stehenden Plättchen mit gekrümmten Konturen für die abgeschiedenen IBS-Filme. Die amorphe Struktur und die Morphologie der Filme sowie die Härte und Rauheit können günstig sein, um die Oberflächeneigenschaften zu verbessern und die Osseointegrationsfähigkeiten von PMMA zu fördern. Diese Arbeit leistet einen Beitrag zur Entwicklung eines PMMA-Implantationsherstellungsverfahrens unter Verwendung von 3D-Druck- und HAp-Filmdepositionstechniken mit verbesserten Osseointegrationseigenschaften.

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 &ring;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 &ring;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 &ring;C für RF-Magnetron-Sputterproben; 600 und 800 &ring;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 &ring;C an und sinkt dann bis 800 &ring;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.

Tuberkulose ist weltweit eine führende tödlichen Krankheiten mit mehr als 9 Millionen Neuinfektionen pro Jahr. Aktuelle diagnostische Methoden weisen mehrere Nachteile auf. Eine der vielversprechendsten Alternativen, um dies zu überwinden, ist die Entwicklung von nanostrukturierten Diagnosesystemen, die in der Lage werden, Moleküle zu erkennen, die mit bestimmten Krankheiten assoziiert sind. Seit seiner Entdeckung ist Graph eine vielversprechende Möglichkeit für die Entwicklung dieser Sensorelemente aufgrund seiner hervorragenden elektronischen Eigenschaften. In dieser Arbeit wurde ein Graphen-basierter Feldeffekttransistor (FET) für die Tuberkulose-DNA-Detektion entwickelt, um die Grundlage für ein diagnostisches Verfahren zu schaffen, das die gegenwärtigen Einschränkungen überwindet. Die Sensorelemente aus Graphenmonoschichten wurden in den Stufen: Glühen des Substrats, dem Zugeben des Linkers und der Funktionalisierung unter Zugabe einer Probe-DNA zur TB-Detektion hergestellt. Zusätzlich wurden zwei Sensorelemente hergestellt: Ein System mit der Zugabe einer komplementären DNA Sequenz ("DNA Target") und die andere mit einer nicht übereinstimmenden DNA-Sequenz ("Non-complementary DNA"). Das Graphen und der Transistor wurden in jeder Stufe des Herstellungsprozesses strukturell, chemisch und morphologisch mittels Raman-Spektroskopie, energiedispersive Röntgenspektroskopie (EDS), Optische Mikroskopie, Laserscanning-Mikroskopie (LSM), Rasterelektronenmikroskopie (SEM) und Rasterkraftmikroskopie (AFM) charakterisiert. Die Ergebnisse zeigten eine geeignete Funktionalisierung der Graphen-Oberfläche mit dem Linker, die Immobilisierung der Sonden - Tuberkulose - DNA und die Hybridisierung mit dem entsprechenden ("DNA Target"), nachgewiesen durch Beobachtung unterschiedlicher homogener Morphologien und eine entsprechende Erhöhung der Rauhigkeit in jedem Stadium des Herstellungsprozesses sowie durch die Anwesenheit von charakteristischen Peaks der stickstoffhaltigen Basen in der energiedispersiven Röntgenspektroskopie und durch die Variation von Graphen-Absorptionsbänder im Raman-Spektrum. Im Gegensatz dazu zeigte, das Sensorelement mit der "nicht-komplementaren DNA" eine Agglomeration der Moleküle und die Segregation von Salzen auf einer heterogenen Oberfläche. Die Ergebnisse der Charakterisierung stimmen mit den zuvor durchgeführten elektronischen Merkmalen überein. Diese Untersuchung bildet die Grundlage für die Entwicklung eines Tuberkulose-Nachweissystems auf der Basis der Nanotechnologie für den klinischen Einsatz.

Im Einschneckenextruder finden Schneckenelemente zur Förderung und Homogenisierung der Kunststoffschmelze häufig Anwendung. Ziel dieser Arbeit ist die numerische Auslegung eines förderwirksamen Schneckenelementes zur besseren Abkühlung und Homogenisierung der Schmelze. Im Fokus der Arbeiten steht dabei zunächst die qualitative Untersuchung der vorliegenden Schneckenelemente. Nach der Analysephase werden die zu untersuchenden Schneckenelementgeometrien und Betriebsparameter definiert. Mithilfe des Programmes ANSYS-Polyflow wird der Druck- und Temperaturverlauf bei verschiedenen Schneckenelementen berechnet. Die Simulationsergebnisse dieser Schneckenelemente werden analysiert und nach den Zielgrößen und der Priorität geordnet. Die Auslegung eines kombinierten Schneckenelementes wird auf Basis der zusammengefassten Analyseergebnisse durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass die Schmelze kann mittels dieses Schneckenelementes gut gefördert, abgekühlt und homogenisiert werden kann.

Durch Fortschritte in der Mikrosystemtechnik werden in der Messtechnik zunehmend monolithisch konstruierte Systeme aus Silizium anstatt makroskopisch gestalteter Tastsysteme mit diskreten Teilkomponenten verwendet. Diese als MEMS (mikroelektromechanisches System) bezeichnete Bauweise ermöglicht u. a. Systeme mit höherer Dynamik, höherer Auflösung und geringeren Antastkräften, jedoch tritt beim Messvorgang Sticking der Tastspitze am Messobjekt auf. Um dies zu verhindern, werden dynamische Tastsysteme mit Aktoren und oszillierender Tastspitze verwendet, die im Nicht- oder Semi-Kontaktmodus arbeiten. Die bei MEMS üblicherweise verwendeten elektrostatischen Aktoren können dabei in Vertikal- oder Tangentialaktoren unterteilt werden. In der vorliegenden Arbeit wird auf Basis eines bereits vorhandenen Mikrotastsystems mit Vertikalaktoren vier Versionen mit Tangentialaktoren entworfen. Die Unterschiede beider Aktuierungssysteme und deren Auswirkungen auf das Design werden diskutiert, das neue System wird in einem iterativen Prozess modelliert und die wichtigsten Parameter in einer Simulation betrachtet. Es werden unterschiedliche Fälle der Luftdämpfung betrachtet und entsprechend modifizierte Versionen des Tastsystems entworfen. Schließlich werden die Fertigungsmasken für das System gestaltet und ein Konzept zur Auswerteelektronik erstellt, das die Unterschiede zur vorhandenen Ansteuerung aufzeigt und alternative Methoden zur Auswertung der Tastersensorik erörtert.

In vielen Anwendungsbereichen stößt die heutzutage weit verbreitete Elektronik, basierend auf dem starren Silizium und den festen Leiterplattenwerkstoffen, an ihre Grenzen. So ist es nicht möglich, dass solche elektronischen Schaltungen beliebige geometrische Formen anzunehmen oder gar die Gestalt mit der Zeit verändern. Dehnung, Stauchung oder Torsion führen unweigerlich zum Bruch. Dehnbare Substrate eröffnen nun neue Einsatzfelder fernab der konventionell steifen Materialien. Um komplexe Schaltungsdesigns zu ermöglichen, wird in dieser Arbeit am Beispiel einer aktiven Matrix ein mehrlagiges System entwickelt. Unter Verwendung eines fotostrukturierbaren Polyimids für die Isolierschicht zwischen den Leiterbahnen kann gezeigt werden, dass eine funktionsfähige, mehrlagige, dehnbare Schaltung realisierbar ist. Die Strukturen mitsamt der 350 [my]m &hahog; 500 [my]m &hahog; 10 [my]m (B &hahog; L &hahog; H) großen Durchkontaktierungen zwischen den Verdrahtungsebenen sind auch bei einer uniaxialen Dehnung von 94 % noch intakt. Für die Durchkontaktierungen ergibt sich momentan für den Prozess eine minimale Abmessung von 200 [my]m &hahog; 275 [my]m &hahog; 10 [my]m. Hierbei ist eine Dehnung von 59 % erreichbar. Die Platzierung innerhalb eines durch Verstärkungsbalken von hoher mechanischer Spannung geschützten Bereiches ist zu bevorzugen. Aus den Belastungstests lässt sich schließen, dass die gefertigte, mehrlagige Schaltung für viele neue Anwendungen zur Verfügung steht.

Diese Masterarbeit befasst sich mit dem Verschleiß einer Rastkontur mit Kugel-Feder-Mechanismus unter hohen Hertzschen Pressungen als Bestandteil von verschiebbaren Nockenstücken für Zylinderabschaltungen. Es wurden verschiedene Werkstoffe für Rastkontur und Kugel mit Hinblick auf Verschleiß und Reibwert auf einem speziellen Tribometer geprüft, welches praxisnahe Anzahlen von Schaltzyklen innerhalb einiger Stunden realisiert. Neben Werkstoffen wurden auch Beschichtungen sowie Beölungszustände getestet. Ziel war es, die Verschleißmechanismen dieses Kontaktes zu identifizieren sowie eventuelles Optimierungspotenzial aufzuzeigen. Als Rastzahn-Material wurden 100Cr6, 42CrMoS4 sowie nitrierte 42CrMoS4 und 51CrV4 verwendet. Kugelmaterialien waren 100Cr6, Si3N4 und DLC-beschichteter 100Cr6. Ferner wurden zwei verschiedene Festschmierstoff-Varianten geprüft. Es hat sich gezeigt, dass die Ölmenge maßgeblich für die Art des vorherrschenden Verschleißmechanismus verantwortlich ist. Bei Ölbad-Schmierung dominiert Oberflächenzerrüttung bei geringem Verschleiß. Wird die Ölmenge reduziert, nehmen Abrasion und Adhäsion zu. Verschleiß und Reibwert steigen folglich an. Siliziumnitrid-Kugeln zeigen bei Mangelschmierung tendenziell verhältnismäßig hohen Verschleiß bei vergleichsweise geringen Reibwerten auf. Die Verschleißraten bei Versuchsende sind dabei stets sehr gering. DLC-beschichtete Kugeln haben trotz Mangelschmierung durchgängig sehr geringen Verschleiß bei minimalen Reibwerten und sind mit Schmierungsbedingungen im Ölbad vergleichbar. Nitrierte Nockenstücke erzielten dagegen sehr hohe Verschleißwerte. Die Verbindungsschicht hält der Belastung nicht Stand. Bei Versuchen mit Festschmierstoffen konnte eine leichte Verschleißreduzierung nachgewiesen werden.

Im Rahmen dieser Arbeit werden die elektrischen Eigenschaften von MOS-Strukturen untersucht. Zur Herstellung der Proben wurden vier verschiedene Substrate (Si(111), 4H-SiC, 6H-SiC und Graphen/6H-SiC) verwendet. Als Isolator diente Aluminiumoxid, das mit zwei unterschiedlichen Methoden (MOCVD und ALD) abgeschieden wurde. Zusätzlich fand eine Al2O3 Abscheidung auf Graphenproben statt, die mit dünnem Aluminium vorbehandelt wurden. Die so erhaltenen Proben wurden anschließend mit Hilfe der Ellipsometrie, der Rasterkraftmikroskopie, der Strom-Spannungs-Analyse und der Kapazitäts-Spannungs-Analyse untersucht. Aus den Messungen wurden wichtige Materialparameter von Al2O3, wie die Oberflächenrauheit, die Durchbruchfeldstärke, die relative Permittivität und die Grenzflächenzustandsdichte extrahiert, sowie auftretende Stromfluss- und Durchbruchmechanismen charakterisiert.

In der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss von Anisotropie und Feuchtigkeit auf die Zugeigenschaften und den elektrischen Volumenwiderstand von ABS/CNT und ABS/mCF, hergestellt durch FDM-3D-Druck, untersucht. Um den Einfluss der Anisotropie zu untersuchen, wurden drei unterschiedliche Schichtdruckorientierungen (0 &ring;, 45 &ring; und 45 &ring; / -45 &ring;) in einer Schichthöhe von 0,2 mm verglichen. Es wurde festgestellt, dass der Einfluss der Anisotropie auf das ABS/mCF-Zugverhalten aufgrund der Beziehung zwischen der Leistung/dem Widerstand und der Ausrichtung der Bewehrung wichtig ist. Auf der anderen Seite wurde kein signifikanter Einfluss auf die ABS/CNT gefunden. Bei dem elektrischen Volumenwiderstand wurde keine signifikante Variation bei ABS/CNT durch die Anisotropie der Schichten gefunden. ABS/mCF konnte wegen des hohen Widerstandes des Verbundwerkstoffes nicht getestet werden. Um den Einfluss von Feuchtigkeit zu untersuchen, wurden zwei Bedingungen auf den Filamenten der Materialien in der Studie verglichen: trocken und Feuchtigkeit ausgesetzt. Es wurde festgestellt, dass der Einfluss der Feuchtigkeit auf ABS/mCF-Zugverhalten ebenfalls bemerkenswert ist, da die von den Filamenten absorbierte Feuchtigkeit durch Dampfblasenexplosionen während des 3D-Druckens entfernt wird, wodurch die Haftung zwischen den Fasern und der Matrix verarmt. Auf der anderen Seite wurde erneut kein signifikanter Einfluss auf ABS/CNT gefunden. Der elektrische Volumenwiderstand wird stärker durch Feuchtigkeit beeinflusst, was auf die dank der zuvor erwähnten Dampfexplosionen weniger einheitliche Struktur der Proben zurückzuführen ist, die mit der Feuchtigkeit ausgesetzten Filamenten gedruckt wurden.

In der vorliegenden Arbeit wurden undotierte Zinnoxidschichten mittels Atmosphä-rendruckplasmajet (APPJ) auf Glas- und Siliziumsubstrate abgeschieden. Als Precursor wurde Tetrabutylzinn (TBT) verwendet und mit Hilfe einer Aerosolerzeugereinheit in den Plasmastrahl eindosiert. Die Einflüsse der Auftragsanzahl und der Substrattemperatur auf die Schichteigenschaften wurden untersucht. Die Bestimmung der Leitfähigkeit erfolgte mittels 4-Punkt-Messung. Um die Transmission und die optischen Bandlücken zu ermitteln, kam UV-Vis-Spektroskopie zum Einsatz. Die Schichtdicken sowie optische Eigenschaften wurden mit Hilfe der Spektralellipsometrie analysiert. Die Charakterisierung von Schichtaufbau und Morphologie erfolgte auf Grundlage von REM-, AFM- und TEM-Untersuchungen. Zusätzlich fand die Beurteilung der Oberflächenbeschaffenheit anhand von Lichtmikroskopie, Profilometrie und Kontaktwinkelmessung statt. Basierend auf GI-XRD-Untersuchungen wurden Struktur, Textur und Korngröße der Zinnoxidschichten bewertet. Bei Substrattemperaturen unter 300 &ring;C auf Si abgeschiedene SnOx-Schichten bestehen aus einem 20 bis 30 nm dicken, relativ dichten und feinkörnigen Film, der mit steigender Entfernung von der Substratoberfläche in ein poröses Gerüst aus Partikelaggregaten und -clustern übergeht. Mit steigender Substrattemperatur verdichtet sich die Schicht, die scharfkantigen Partikel runden sich deutlich ab und lagern sich dichter zusammen. Für die APPJ-Schichten auf Glassubstraten konnte kein Zusammenhang zwischen Substrattemperatur oder Anzahl der Beschichtungsdurchläufe und spezifischem Widerstand festgestellt werden. Er schwankt zwischen 0,01 [Omega]cm und 0,4 [Omega]cm und ist etwas geringer als die Widerstände der durch Sputtern hergestellten Vergleichs-SnOx-Schichten (0,15 1,5 [Omega]cm). Die Schichten sind überwiegend röntgenamorph bzw. nanokristallin. Ansätze von Röntgenpeaks zeigen sich erst ab einer Substrattemperatur von 500 &ring;C. Der Leitsilberlack, der zur Substratfixierung bei hohen Temperaturen verwendet wurde, induziert eine Kristallisation bzw. Umkristallisation der SnO2-Schicht. Sie setzt unmittelbar nach dem Abscheidevorgang auf beheizten Substraten ein und wird durch die Abkühlung auf Raumtemperatur unterbrochen. Hierbei bilden sich komplexe und stark verzweigte Kristalle in einem kurzen Zeitraum, was auf ein thermodynamisches Ungleichgewicht in den abgeschiedenen Schichten hindeutet.

Innerhalb dieser Arbeit findet die Untersuchung der optischen Eigenschaften Graphens mit Hilfe von Reflektivitätsmessungen in der infraroten Domäne statt. Zur Herstellung der Graphenproben wurde das epitaktische Wachstum auf der Si-Oberfläche von semi-isolierenden respektive n-dotierten SiC gewählt. Der Wachstumsprozess ist in zwei Schritte untergliedert. Der erste Schritt dient zur Bildung einheitlicher Terrassen, welche durch SiC-Stufenkanten voneinander getrennt sind und die Ausgangslage zum anschließenden Graphenwachstum im zweiten Schritt darstellen. Zur Untersuchung des Einflusses der Wachstumstemperatur und deren Haltezeit wurden beide Parameter variiert. Die Aufnahme der Reflektivitätsmessungen fand in einem Messbereich von 400 1/cm bis 4000 1/cm unter p- bzw. s-Polarisation statt und ermöglicht sowohl die Extrahierung der Schichtdicke Graphens, des Fermi-Niveaus als auch der Impuls-Relaxationszeit der Intrabandübergänge. Eine Analyse des Einflusses der Wachstumstemperatur auf die gebildete Lagenzahl wurde durchgeführt. Mit Hilfe des bestimmten Fermi-Niveaus lässt sich eine mittlere Ladungsträgerkonzentration Graphens pro Monolage berechnen. Darüber hinaus ist die Ermittlung der Beweglichkeit aus der Impuls-Relaxationszeit möglich.

Für die Erkennung von Bränden in der frühen Entstehungsphase, ist es erforderlich Sensoren mit hoher Sensitivität, Langzeitstabilität und geringer Querempfindlichkeit zu entwickeln. Gassensoren auf Basis von Metalloxiden zeichnen sich durch unterschiedliche Sensitivitäten gegenüber verschiedenen Rauch- und Brandgasen aus. Ziel dieser Arbeit war es, anhand von Komplexuntersuchungen die elektrischen Kenndaten der untersuchten Metalloxidschichten in Abhängigkeit von Prozessführung, Struktur-, Gefüge- und Eigenschaftsbeziehungen zu evaluieren. Dazu wurden Schichten aus WO3 und SnO2 auf ebenem Siliziumsubstrat untersucht. Mittels Magnetronsputtern in Sauerstoffatmosphäre wurden diese aufgetragen und in einem anschließenden Temperprozess behandelt. Zu den Ermittlungen der elektrischen Eigenschaften kamen Untersuchungen der Oberflächenbeschaffenheit, Kristallinität, Korngröße und Schichtdicke hinzu (Masterarbeit Anna Franz). Parallel dazu wurden quantitative Tiefenprofil- und Stöchiometrieanalysen mittels optischer Glimmentladungsspektroskopie erstellt (Masterarbeit Rene Böttcher). Auf Basis von theoretischen Modellen zum Ladungstransport in dünnen Schichten, wurden die Ergebnisse der elektrischen Leitfähigkeitsuntersuchungen bewertet. Es stellte sich heraus, dass für die untersuchten Metalloxidschichten das Modell nach Mayadas und Shatzkes, welches einen Korngrenzeneinfluss auf den elektrischen Widerstand als vordergründig propagiert, als valide eingestuft werden kann. Die für WO3 und SnO2 optimalen Prozessparameter konnten im Rahmen der Untersuchungen bestimmt werden. Zudem wurden im Rahmen des EU-Projektes SAFESENS weiterführende Gassensortests vom Projektpartner Bosch am Standort Reutlingen durchgeführt. Mit abnehmender Schichtdicke konnte die Sensitivität der untersuchten Metalloxidschichten gesteigert werden. Wolframoxid zeigte gegenüber NO2 und Zinnoxid gegenüber H2 sehr gute Sensorreaktionen mit entsprechenden Sensitivitäten. Es konnte zudem ein kurzes Ansprechverhalten auf die zugeführten Gase, für beide Materialsysteme in Dünnschichtkonfiguration, nachgewiesen werden.

Im Fokus dieser Arbeit steht das Wachsen von ternären III-V Halbleiternanodrähten mittels Metallorganischer Gasphasenepitaxie (MOVPE) über den vapor-liquid-solid (VLS)-Wachstumsmodus. Die Verbindungshalbleiter Galliumphosphidnidrid (GaPN) und Galliumarsenidphosphid (GaAsP) wurden auf Galliumphosphid (GaP(111)B) Substraten gewachsen und durch Variation der Wachstumsparameter sowie Wachstumssequenzen optimiert. Es erfolgte die Charakterisierung der Morphologie; der Kristallstruktur und der chemischen Zusammensetzung der Nanodrahtproben. Die hierfür verwendeten Untersuchungsmethoden waren die Rasterelektronenmikroskopie (REM), die Energiedispersive Röntgenspektroskopie (EDX), die Röntgenbeugung (XRD) und die Raman-Spektroskopie. Die GaPN-Nanodrähte (NWs) wurden bei Temperaturen zwischen 500 &ring;C und 550 &ring;C und einem UDMH:TBP Präkursorverhältnis von 0:1 bis 9:1 gewachsen. Der Gruppe III-Präkursor stellte TMGa dar. Es konnten GaPN NWs über den VLS Wachstumsmodus gewachsen werden. Bei einem UDMH:TBP Präkursorverhältnis von 1:1 und 3:1 und einer NW-Wachstumstemperatur von 500 &ring;C und 525 &ring;C haben die NWs die besten morphologischen Eigenschaften: alle Nanodrähte stehen senkrecht zur Substratoberfläche in [111] Richtung und sind kaum getapert. Der Einbau von Stickstoff über den VLS Modus konnte mittels Ramanspektroskopie nachgewiesen werden. Jedoch scheint es, dass sich nur ein geringer Teil (≤ 0,24 %) auf Gruppe-V-Plätze einbaut und es zur Bildung von N-Clustern kommt. Der Präkursor UDMH fördert die axiale Wachstumsrate und hemmt die radiale Wachstumsrate der NWs. GaAsP-NWs wurden erfolgreich gewachsen. Der Phosphor zu Arsenanteil im Kristallgitter kann durch Variation des TBP:TBA Verhältnisses oder durch Variation der NW-Wachstumstemperatur eingestellt werden. Ihre morphologischen und strukturellen Eigenschaften können durch Anpassung der Präkursorflüsse, durch Veränderung der Ankeimtemperatur und -zeit, über den NW-Durchmesser, Beeinflussung der Heterogrenzflächen und nicht zuletzt der NW-Wachstumstemperatur gesteuert werden. Die GaAsP-NWs wuchsen erfolgreich bei TBP:TBA Verhältnissen von 0:1 bis 1:0 und bei einer NW-Wachstumstemperatur von 450 &ring;C. Durch die XRD-Messungen konnte ein Polytypismus, die Ausbildung von Zinkblende- und Wurtzitphasen, der NWs festgestellt werden. Es wurde der Einbau von Phosphor in Abhängigkeit vom TBP:TBA Verhältnis untersucht. Es zeigt sich ein stark nichtlineares Verhalten, wobei der Einbau von Phosphor deutlich weniger effizient ist als der des Arsens. Darüber hinaus ist der Phosphoreinbau für 100 nm Au-Partikel weniger effizient als der für 50 nm Au-Partikel. Werden die gesamten Präkursorflüsse (TMGa, TBP und TPA) um das 1,5 bis 8-fache der Ausgangsflüsse erhört, so wird ein Rückgang des NW-Taperings und ein Anstieg der NW-Länge beobachtet. Durch eine Reduktion der Ankeimtemperatur von 600 &ring;C auf 550 &ring;C (mit gleichzeitiger Erhöhung der Ausheizzeit), lassen sich die parasitär gewachsene NWs stark reduzieren. Das Versetzen der Heterogrenzfläche in den NW, durch das Wachsen eines GaP-Sockels, verhindert das planare NW-Wachstum fast völlig. Eine Erhöhung des NW-Durchmessers führt zur Reduktion an Wurtzitphasen im NW. Zum Schluss gelang das Wachsen der NWs auf GaP/Silizium Quasisubstraten.

Die Arbeit behandelt Untersuchungen an flächigen, thermoplastischen, faserverstärkten Halbzeugen. Vor allem soll dabei die Möglichkeit einer Substitution von Glasfasern durch pflanzliche Naturfasern und die entsprechende Additivierung von Kunststoffen für den Gebrauch mit pflanzlichen Naturfasern betrachtet werden. Dazu werden verschiedene Additive in verschiedenen Dosierungen auf Schneckenanlagen zu Kunststoffen und in einem nächsten Schritt zu Organoblechen verarbeitet. An den Kunststoffen werden thermische und mechanische, an den Organoblechen chemische und mechanische Prüfungen durchgeführt. Die Ergebnisse erlauben eine Aussage über die Eignung der jeweiligen Additive und deren Dosierung. Als Ergebnis wird eine an den Einsatz von pflanzlichen Naturfasern angepasste Kunststoffformulierung herausgestellt. Das daraus hergestellte Organoblech hat die im Rahmen der Betrachtungen höchsten mechanischen Eigenschaften.

Der Anteil an Aluminiumdruckgussbauteilen in den Karosserien heutiger Automobile wächst stetig. Je nach Anwendungsort in der Karosserie werden spezifische Anforderungen an die mechanischen Eigenschaften gestellt. Aktuell geschieht die Fertigung der drei geforderten Festigkeitsklassen crashrelevant, festigkeitsrelevant und hochfest aus zwei verschiedenen Legierungszusammensetzungen kombiniert mit drei individuellen Wärmebehandlungsprozessen. Um eine Reduzierung der Komplexität des Wärmebehandlungsprozesses und eine Angleichung der Taktzeit zu erzielen, wird ein sogenanntes Uni-Alloy-Konzept entwickelt. Ziel ist das Einstellen der drei Funktionsklassen mit einer Legierungszusammensetzung und einer Wärmebehandlung mit einer taktzeitneutralen Parameteränderung. Dazu werden in einem ersten Schritt die Ergebnisse vorangegangener Versuche analysiert und bezüglich der mechanischen Performance und Prozessierbarkeit bewertet. Ausgehend von der Bewertung werden neue Lösungsansätze erarbeitet. Im weiteren Verlauf der Arbeit werden die Ansätze zur Einflussnahme auf die Legierungszusammensetzung und die Wärmebehandlung weiter verfolgt. Die Eignung der Ansätze für das Uni-Alloy-Konzept geschieht durch eine Bestimmung der mechanischen Eigenschaften unter Zugbelastung. Die mechanischen Kennwerte werden vor und nach dem Wärmeeintrag zur Simulation der kathodischen Tauchlackierung sowie des Wärmeeinflusses im Fahrzeugbetrieb untersucht. Es müssen thermisch stabile mechanische Kennwerte vorliegen. Die Einflussnahme auf die Legierungszusammensetzung wird durch eine Reduzierung des Mg-Gehaltes umgesetzt. Dabei kann, als neue Funktionsklasse, eine naturharte Legierung integriert werden. Für die Einflussnahme auf die Wärmebehandlung werden die Parameter der einzelnen Teilschritte Lösungsglühen, Abschrecken und Warmauslagern modifiziert. Es werden verschiedene Lösungsansätze zur Umsetzung des Uni-Alloy-Konzepts herausgearbeitet. Abschließend erfolgt ein wertender Vergleich der zielführenden Varianten. Es wird eine Empfehlung für die Umsetzung der Lösungsansätze in der Serie an Aluminiumdruckgussbauteilen gegeben.

Im Rahmen der vorliegenden Masterarbeit wurde der Einfluss ausgewählter Materialparameter von Holzlangspänen auf die mechanischen Eigenschaften mit Matrix verpresster Hochleistungs-Holz-Kunststoff-Verbunde (HHKV) untersucht. Im Anschluss einer ausführlichen Literaturrecherche wurden Prüfverfahren zur Bestimmung mechanischer Eigenschaften von Holz und Holzwerkstoffen ausgewählt. Im Rahmen von Voruntersuchungen wurden signifikante Prozessparameter identifiziert und deren Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften von Holzlangspänen abgeschätzt. Mittels der DoE-Methode (Design of Experiments) und unter Berücksichtigung der drei einflussreichsten Prozessparameter auf die mechanischen Eigenschaften, wurde ein Versuchsplan erstellt. Mit Hilfe eines statistischen Analyseprogramms wurden die Messergebnisse ausgewertet und Berechnungsformeln für mechanische Eigenschaften von Holzlangspänen erarbeitet und verifiziert.

Das Schmieden von Aluminiumbauteilen aus stranggegossenem Barrenzuschnitten wird erst seit wenigen Jahren industriell angewendet. Die Anforderungen, die an dieses gestellt werden, sind deshalb nicht genauer festgelegt. Das Ziel dieser Arbeit war es Spezifikationen für dieses Vormaterial aus einer hochlegierten 6082 Aluminiumlegierung zu erarbeiten. Der Fokus der Grundlagenrecherche lag darauf verschiedene Anforderungen und Voraussetzungen an das Vormaterial zu definieren, sowie Empfehlungen aus der Literatur zusammenzufassen. Der Augenmerk des experimentellen Teils war die Untersuchung verschiedener Homogenisierungstemperaturen, -zeiten und Abschreckraten, sowie die Bestimmung geeigneter Parameterkombinationen für den Schmiedeprozess. Weiteres Ziel dieser Arbeit war es im Sinne einer Eingangsprüfung eine einfache Methode zur Bestimmung des gewünschten Homogenisierungszustandes zu entwickeln. Durch die Literaturrecherche konnten sinnvolle Grenzwerte für den Wasserstoffanteil definiert werden. Auch weitere Einschränkungen zur chemischen Zusammensetzung des Vormaterials konnten getroffen werden. Im experimentellen Teil dieser Arbeit wurde die Einformung der AlFe(Mn)Si-Phasen und die Auflösung der Mg2Si-Mikroseigerungen in Abhängigkeit der Homogenisierungsparameter bei verschiedenen Wärmebehandlungszuständen bestimmt. Es wurden Untersuchungen am Rasterelektronenmikroskop, sowie am Lichtmikroskop durchgeführt. Außerdem wurden die mechanischen Kennwerte der Probekörper im Zustand T6 ermittelt. Resultat der Versuche war, dass eine Homogenisierungstemperatur von über 510 &ring;C und Abschreckraten unter 300 K/h notwendig sind, um die vorhandenen Mg2Si-Mikroseigerungen nach Aufheizung im Anwärmofen aufzulösen. Durch Versuche an geschmiedeten Bauteilen konnte zudem festgestellt werden, dass sich auch nicht homogenisiertes Vormaterial für den Schmiedeprozess eignen könnte. Es zeigte sich, dass nicht homogenisiertes Vormaterial zu keiner erhöhten Rissbildung führt. Grund ist vermutlich die Umwandlung der vorhandenen β-AlFeSi-Phasen in die α-AlFe(Mn)Si-Phasen, die bereits im Anwärmofen erfolgte. Untersucht wurde zudem die Grobkornausbildung, die mechanischen Kennwerte im Zustand T5, sowie das Gefüge an einem stark umgeformten Stelle. In den durchgeführten Versuchen zeigte sich zudem, dass durch die Messung der Härte und der elektrischen Leitfähigkeit, eine Bestimmung des Homogenisierungszustandes möglich ist. Eine Zusammenhang zwischen dem durch das Ultraschallverfahren bestimmten E-Modul bzw. den Schallschwächungskoeffizienten und des Homogenisierungszustandes war nicht feststellbar. Es konnte allerdings die These bestätigt werden, dass durch die UDas Schmieden von Aluminiumbauteilen aus stranggegossenem Barrenzuschnitten wird erst seit wenigen Jahren industriell angewendet. Die Anforderungen, die an dieses gestellt werden, sind deshalb nicht genauer festgelegt. Das Ziel dieser Arbeit war es Spezifikationen für dieses Vormaterial aus einer hochlegierten 6082 Aluminiumlegierung zu erarbeiten. Der Fokus der Grundlagenrecherche lag darauf verschiedene Anforderungen und Voraussetzungen an das Vormaterial zu definieren, sowie Empfehlungen aus der Literatur zusammenzufassen. Der Augenmerk des experimentellen Teils war die Untersuchung verschiedener Homogenisierungstemperaturen, -zeiten und Abschreckraten, sowie die Bestimmung geeigneter Parameterkombinationen für den Schmiedeprozess. Weiteres Ziel dieser Arbeit war es im Sinne einer Eingangsprüfung eine einfache Methode zur Bestimmung des gewünschten Homogenisierungszustandes zu entwickeln. Durch die Literaturrecherche konnten sinnvolle Grenzwerte für den Wasserstoffanteil definiert werden. Auch weitere Einschränkungen zur chemischen Zusammensetzung des Vormaterials konnten getroffen werden. Im experimentellen Teil dieser Arbeit wurde die Einformung der AlFe(Mn)Si-Phasen und die Auflösung der Mg2Si-Mikroseigerungen in Abhängigkeit der Homogenisierungsparameter bei verschiedenen Wärmebehandlungszuständen bestimmt. Es wurden Untersuchungen am Rasterelektronenmikroskop, sowie am Lichtmikroskop durchgeführt. Außerdem wurden die mechanischen Kennwerte der Probekörper im Zustand T6 ermittelt. Resultat der Versuche war, dass eine Homogenisierungstemperatur von über 510 &ring;C und Abschreckraten unter 300 K/h notwendig sind, um die vorhandenen Mg2Si-Mikroseigerungen nach Aufheizung im Anwärmofen aufzulösen. Durch Versuche an geschmiedeten Bauteilen konnte zudem festgestellt werden, dass sich auch nicht homogenisiertes Vormaterial für den Schmiedeprozess eignen könnte. Es zeigte sich, dass nicht homogenisiertes Vormaterial zu keiner erhöhten Rissbildung führt. Grund ist vermutlich die Umwandlung der vorhandenen β-AlFeSi-Phasen in die α-AlFe(Mn)Si-Phasen, die bereits im Anwärmofen erfolgte. Untersucht wurde zudem die Grobkornausbildung, die mechanischen Kennwerte im Zustand T5, sowie das Gefüge an einem stark umgeformten Stelle. In den durchgeführten Versuchen zeigte sich zudem, dass durch die Messung der Härte und der elektrischen Leitfähigkeit, eine Bestimmung des Homogenisierungszustandes möglich ist. Eine Zusammenhang zwischen dem durch das Ultraschallverfahren bestimmten E-Modul bzw. den Schallschwächungskoeffizienten und des Homogenisierungszustandes war nicht feststellbar. Es konnte allerdings die These bestätigt werden, dass durch die Ultraschallmessung eine deutlich genauere E-Modulbestimmung als mit dem Zugversuch möglich ist. Ultraschallmessung eine deutlich genauere E-Modulbestimmung als mit dem Zugversuch möglich ist.

An dem Schaltgefüge eines Silber/Nickel-Kontaktwerkstoffs und an nanoporösen Gold-Nano-partikeln werden zur dreidimensionalen (3D) Gefügerekonstruktion Serienschnitte mittels fokussiertem Ionenstrahl (FIB) ausgeführt und rasterelektronenmikroskopische (REM) Bilder aufgenommen. Dabei steht die Entwicklung einer Methodik zur Auswahl und Beurteilung geeigneter Bildaufnahme- und Schnittparameter und zur 3D Rekonstruktion der mittels FIB/REM-Tomographie gewonnenen Daten im Mittelpunkt. Zur Identifikation der in einem lichtbogenbelasteten Ag/\Ni-Kontaktmaterial vorliegenden Phasen werden mittels energiedispersiver Röntgenspektroskopie (EDX) Elementverteilungen über die Messfläche ermittelt. Nach der Bildverarbeitung werden bei der Silber/Nickel-Probe die Ag-Phase und die Poren rekonstruiert. Daraus werden Daten zu den Verteilungen von Größe, Lage und Form der Poren und Ag-Partikel extrahiert. Anhand der erzielten Ergebnisse resultiert ein tiefenabhängig, schichtartig aufgebautes Gefüge aus großen Ni- und NiO-Gebieten mit groben und feinen Poren und überwiegend sphärisch geformten Ag-Partikeln. Ein weiteres Ergebnis sind Schnittansichten parallel zur Kontaktoberfläche, in denen hexagonal geformte Ni/NiO-Körner mit teilweise Ag-gefüllten interkristallinen Rissen zu beobachten sind. Die nanoporösen Au-Nanopartikel sind mittels Entnetzung und Entmischung mit partieller Auflösung (Dealloying) aus einer Au-Ag-Legierung hergestellt worden. Aus ihren 3D Rekonstruktionen werden unter anderem der Volumenanteil des Goldes und die Breite der Goldstege bestimmt. Die ermittelte spezifische Oberfläche des zusammenhängenden Goldnetzwerkes beträgt etwa 12 m 2/g. Bei den vorliegenden Strukturgrößen der Breite der Au-Stege, in der Größenordnung um 10 nm, zeigt sich bei der Bildaufnahme eine Unsicherheit in der Zuordnung der Signaltiefe und eine scheinbare Stauchung der Rekonstruktionen in Schnittrichtung, die auf abweichende tatsächliche Schnittabstände hindeutet. Beide Effekte sind auf die Lage im Grenzbereich des Auflösungsvermögens der FIB/REM-Tomographie zurückzuführen. Als zusammenfassendes Ergebnis kann genannt werden, dass die entwickelte Methodik zur Aufnahme, 3D Rekonstruktion und Auswertung von FIB/REM-Tomographie-Daten, verallgemeinert, sowohl für große als auch kleine Dimensionen anwendbar ist.

In der Galvanotechnik stellt das Schichtsystem Cu / Ni / Cr seit langem den Stand der Technik im Bereich des dekorativen Korrosionsschutzes dar. Damit findet dieses Korrosionsschutzsystem Verwendung in einer Vielzahl von Anwendungsfeldern und Branchen. Im Jahr 2007 trat die Europäische Chemikalienverordnung (REACH) in Kraft. Die Verordnung verfolgt das Ziel, die Verwendung von Stoffen, die besonders besorgniserregend für Mensch und Umwelt sind, besser zu erfassen, zu regulieren bzw. diese Stoffe zu substituieren. In diesem Zusammenhang erfolgte im Jahr 2013 die Aufnahme von Chromtrioxid als SVHC-Stoff in den Anhang XIV der REACH-Verordnung. Als SVHC-Stoffe gelten besonders Besorgnis erregende Stoffe, die durch die ECHA (Europäische Chemikalienagentur) ausgewiesen werden. Die Substanzen in Anhang XIV unterliegen einer Verwendungsbeschränkung und müssen für eine Zulassung bzw. beschränkte Verwendung beantragt werden. Dadurch ist die derzeit durchgeführte dekorative Verchromung in Europa bedroht. Diese basiert auf der Abscheidung von Chrom aus Chromelektrolyten, die sechswertige Chromverbindungen enthalten. Diese Elektrolyte stellen durch die erzielten Schicht- und Oberflächeneigenschaften (Korrosionsschutz, Optik etc.) den derzeitigen Stand der Technik dar. Als alternatives Verfahren für die Abscheidung von dekorativen Chromschichten ist die Verchromung aus Chromelektrolyten, die nur dreiwertige Chromverbindungen enthalten, ein vielversprechender Ansatz. Derzeit zeigen die erhaltenen Schichten aus solchen dreiwertigen Elektrolyt-Systemen im Vergleich zu Chromschichten aus sechswertigen Elektrolyten allerdings noch deutliche Unterschiede, insbesondere im Bereich des Korrosionsschutzes und der Optik. Dies stellt insbesondere in Industriezweigen mit komplexen Produkten (z.B. in der Automobilindustrie), die von einer Vielzahl von Zulieferern und Beschichtungsunternehmen bearbeitet werden, für die Reproduzierbarkeit und Vergleichbarkeit der erhaltenen Chromoberflächen innerhalb eines Produktes ein großes Problem dar. In diesem Kontext sollte innerhalb dieser Masterarbeit die Abscheidung von dekorativen Chromschichten aus dreiwertigen, chloridhaltigen Elektrolyten und der Einfluss von Additiven auf die erhaltenen Chromschichten untersucht werden. Dabei werden zum einen die mit verschiedenen Additiven erhaltenen Schichten aus einem solchen Elektrolyten mittels verschiedener Techniken (REM, XRD, Farbmessungen) charakterisiert. Zum anderen wird deren Einfluss auf den Elektrolyten mittels elektrochemischer Untersuchungsmethoden (Cyclovoltametrie und Quarzmikrowaage) untersucht.

Die vorliegende Masterarbeit behandelt die glaskeramische Umwandlung von Kieselgläsern, welche mit bis zu 6 Ma% Aluminiumoxid dotiert worden sind. Ziel war es, die Einflüsse der Glaszusammensetzung sowie der Bedingungen während der Kristallisation auf wichtige Eigenschaften der Glaskeramiken zu untersuchen. Die unterschiedlich dotierten Gläser wurden hinsichtlich einiger Parameter, wie Viskosität, Dichte und thermischer Dehnung untersucht. An den Gläsern geschahen Kristallisationsversuche unter verschiedenen Heiz- und Kühlbedingungen sowie bei unterschiedlichen Temperaturen. Die Beurteilung der entstehenden keramischen Materialien geschah mit Hilfe von Struktur- und Gefügeuntersuchungen sowie Versuchen zur Temperaturwechselbeständigkeit. Begleitend fanden Messungen der Dichte und der thermischen Dehnung statt. Es konnten grundlegende Merkmale der Kristallisation der dotierten Kieselgläser aufgezeigt werden. Weiterhin wurden Einflüsse der Kristallisationsbedingungen auf die Eigenschaften der entstehenden Keramiken festgestellt. Aus den Ergebnissen konnten Empfehlungen für die Herstellung und Anwendung der Keramiken abgeleitet werden. Bezüglich der Herstellung von chemisch stabilisierten Cristobalit-Keramiken konnte lediglich die Schmelzbarkeit der zugrunde liegenden Gläser gezeigt werden. Offen bleibt, ob eine Unterdrückung der Phasenumwandlung des Cristobalit durch die hier verwendeten Dotierungen erreicht werden kann. Dazu sind weitere Untersuchungen nötig.

Die Masterarbeit beschäftigt sich mit der Analyse von Wechselwirkungsprozessen zwischen fs gepulster Laserstrahlung und fotostrukturierbarem Glas. Dazu wurde ein Lithiumalumosilicatglas mit der Zusammensetzung eines fotostrukturierbaren Standardglases FS21 unter Verwendung von 16 unterschiedlichen Dotantenkombinationen erschmolzen und zu Proben verarbeitet. Alle Gläser wurden mittels Femtosekundenlaser oder breitbandig emittierender Quecksilberdampfhöchstdrucklampe ( integriert in einem Maskaligner) partiell belichtet und zweistufig getempert, um einen Vergleich zwischen einem Standardlithographieprozess (Lampen basiert) und einer selektiven Laserbelichtung zu erhalten. Es wurden umfangreiche spektralphotometrische Untersuchungen (Reflexionsmessung im Wellenlängenbereich 190 nm ≤ [lambda] ≤ 1000 nm) nach jeder Behandlungsstufe des Fotoformprozesses (Ausgangsgläser, nach Belichtung, nach Temperung) durchgeführt. Aus den Messwerten wurden relative Änderungen bezüglich eines definierten Referenzzustandes errechnet und ausgewertet. Die Methode ist geeignet belichtungsseitig und thermisch induzierte Änderungen diskreter Absorptionen im Bereich der UV-Kante der Gläser darzustellen. Ergänzt durch visuelle Begutachtung der Proben sowie Lichtmikroskopie-, AFM-, REM- und XRD-Messungen werden Laser induzierte Strahlenschäden im Bereich der Dotanden und des Grundglases diskutiert. Der wesentliche Unterschied zwischen einem Maskaligner- und fs Laser-Belichtungsprozess besteht darin, dass Ce3+ im Laserbelichtungsprozess nur eine untergeordnete Rolle für die Fotosensitivität spielt. Anhand der Ergebnisse der Messungen wird eine Empfehlung für die Anpassung der Zusammensetzung eines fotostrukturierbaren Glases für die Laserbelichtung unter den in der Arbeit verwendeten Parametern gegeben.

Die Struktur der Aluminiumschäume wird während der pulvermetallurgischen Herstellung von über zwanzig Parametern beeinflusst. Eins der wichtigsten Einflussgröße ist die Partikelform. Die Partikelform beeinflusst unteranderem den Verdichtungsprozess, die Grünlingfestigkeit und das Aufwärmverhalten. Zur Bestimmung der geometrischen Eigenschaften der Partikel wird ein computerunterstütze Auswerte Algorithmus entwickelt. Dazu werden die Pulverpartikel eingebettet. Die entstandene Probe wird anschließend sukzessive geschliffen. Jede Schliffebene wird mit Hilfe eines Kamerasystems aufgenommen und mit dem entwickelten MATLAB Programm digital verarbeitet. Anhand eingesetzter Referenzmarken werden die einzelnen Schliffbilder mit Hilfe der Auswertesoftware zueinander ausgerichtet und in einem dreidimensionalen Modell dargestellt. Das Volumen und die Form der dreidimensional dargestellten Pulverpartikel werden anhand des Modells ermittelt. Anschließend werden verschiedene Expansionsverhalten der Aluminiumschaumkörper von zeitlich differenziert gemahlenen Aluminiumpulvern mit den geometrischen Eigenschaften der Partikel in Zusammenhang gestellt

Das Thema der vorliegenden Arbeit ist die Beschichtung von Kolbenringen mittels Laserauftragsschweißen. Dabei sollen verschiedene Schichtkonzepte getestet und evaluiert werden. Ziel ist es Eigenschaften zu erreichen, die den bestehenden Schichtsystemen, vor allem in Bezug auf ihre Verschleißfestigkeit, in nichts nachstehen. Im theoretischen Teil der Arbeit soll ein kurzer Einblick in die Funktionsweise des Dieselmotors gegeben werden. Die Aufgaben und Anforderungen an die Kolbenringe stehen dabei im Vordergrund. Zusätzlich wird auf das Eisen-Kohlenstoff-Diagramm eingegangen, da es Grundlage für die verwendeten Substrate ist. Weiterhin soll das verwendete Lasersystem sowie das Laserauftragsschweißen erklärt werden. Zusätzlich werden die grundlegenden thermodynamischen Prozesse erläutert. Außerdem wird auf bestehende Schichtsysteme eingegangen. In den praktischen Versuchen kamen sowohl ein Dioden-Faser-Laser, als auch ein CW-Laser zum Einsatz. Ziel war es geschlossene Schichten, mit guter Oberflächenqualität, guter Anbindung zum Substrat und Härte zu erzeugen. Zu Beginn musste dabei die Anlage optimal eingestellt und von Fehlern befreit werden. Diese äußerten sich in der Form von Poren, Rissen und schwankenden Wirkungsgraden. Es wurde zuerst versucht Schichten aus der galvanischen Verchromung und dem thermischen Spritzen zu reproduzieren. Das Spritzen von Chrompulver konnte keine guten Schichten erzeugen und die thermischen Spritzschichten hatten mit Rissen zu kämpfen. Anschließend wurden verschiedene Matrixmaterialien erprobt. Insbesondere Metcoclad 625, Metcoclad 6, Diamalloy 1002 und XPT-512 zeigten hervorragende Eigenschaften, beispielsweise hohe Wirkungsgrade und homogene Schichten. In weiteren Versuchen wurden zusätzlich Hartstoffe in die Matrix eingebracht. Diese Versuche waren nur teilweise erfolgreich. Die hohe Reaktivität mit Sauerstoff wurde hier als Hauptproblemfeld indentifiziert. Wolframcarbid allerdings hatte dieses Problem nicht. Die Verwendung von bereits agglomerierten Pulvern zeigte gute Ergebnisse. Es konnten homogene Schichten ohne Fehler erzeugt werden. Die Untersuchung der Schichten erfolgte hauptsächlich mit dem Lichtmikroskop. Für ausgewählte Systeme wurden weiterhin REM-Aufnahmen und EDX-Analysen durchgeführt. In der Arbeit konnte gezeigt werden, dass das Laserauftragsschweißen für Kolbenringe möglich ist. Es konnten verschiedene Schichten erzeugt werden, die eine gute Anbindung an das Substrat hatten und fehlerfreie Gefüge aufweisen.

Thermoelektrische Module (TEM) aus n- und p-dotierten Halbleitermaterialien können als Folge einer Temperaturdifferenz direkt elektrische Energie erzeugen und stellen eine vielversprechende Technologie zur Energierückgewinnung aus Abwärme dar. In diesem Zusammenhang zeichnen sich Silizide durch ihre geringen Kosten, die hohe Verfügbarkeit sowie ihre Umweltverträglichkeit aus, sodass sie ein hohes Potential für die Verwendung in TEM bieten. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem experimentellen Aufbau und der Leistungscharakterisierung von TEM auf der Basis von n-Mg2Si0,4Sn0,6 und p-MnSi1,81. Zur Herstellung der Proben wurden pulvermetallurgische Verfahren unter Ar-Atmosphäre angewendet. Die Synthese und Kompaktierung der Proben erfolgte im Spark Plasma Sinterverfahren (SPS). Um die thermoelektrischen Eigenschaften (elektrische Leitfähigkeit , Seebeck-Koeffizient S und Wärmeleitfähigkeit ) zu optimieren und die Effizienz der Energiewandlung zu erhöhen, wurden die Silizide dotiert. Das Multidrahtsägen konnte erfolgreich zur Produktion von thermoelektrischen Schenkeln eingesetzt werden. Eine Herausforderung bei der Konstruktion eines TEM stellte hingegen die Wahl eines geeigneten Lötmaterials dar, welches die hohe elektrische Leitfähigkeit aufrechterhalten soll und keine Reaktionen mit dem thermoelektrischen Material hervorrufen darf. Daher wurden unterschiedliche metallische Folien als mechanisch und thermisch stabile Diffusionsbarrieren eingesetzt. Die Untersuchung der Reaktionsschichten erfolgte mittels REM- und EDX-Analyse. Charakterisiert wurden die TEM an einem am Fraunhofer IFAM Dresden entwickelten Prüfstand unter statischen Temperaturbedingungen. Einen der wesentlichen Aspekte dieser Arbeit stellte die Senkung des Innenwiderstandes Ri durch eine geeignete Kombination von Silizid, Diffusionsbarriere und Lötmaterial dar. Die generierte elektrische Leistung eines Moduls wurde abschließend aus der Messung von U-I-Kennlinien bestimmt.

Die Lorentzkraftanemometrie ist ein Messverfahren, das die berührungslose Messung der Strömungsgeschwindigkeit eines elektrisch leitfähigen Fluids ermöglicht. Grundprinzip ist die Messung der Reaktionskraft auf ein Magnetsystem, dessen Feld den Strömungskanal durchsetzt. Mit dieser Arbeit werden Grundlagen gelegt, um ein Magnetsystem auf Basis von Hochtemperatursupraleitern zu entwickeln. Dazu wird experimentell die Flussdichteverteilung zwischen einem Paar Hochtemperatursupraleiter in einem Temperaturbereich von 22K bis 80K bei Feldstärken von bis zu 5T bestimmt. Außerdem wird der Einfluss der Bulktemperatur auf die maximal speicherbare Flussdichte untersucht. Mit der Multiphysiksoftware Comsol Multiphysics wird ein Modell entwickelt, das für eine gegebene Flussdichteverteilung eine Stromdichteverteilung im HTSL-Bulk approximiert. Es wird außerdem die Basis für eine Optimierung eines Magnetsystems auf HTSL-Basis gelegt. Dafür wird ein zweites Modell entwickelt, das mit Hilfe der ermittelten Stromdichteverteilung die zu erwartende Lorentzkraft auf ein Magnetsystem aus einem bzw. drei HTSL-Bulkpaaren berechnet. Es werden die derzeit bestehenden Probleme aufgezeigt und mögliche Ursachen diskutiert.

In dieser Arbeit wurde die Untersuchung und Entwicklung möglicher Konzepte, die eine mikrooptische Realisierung eines 3-D-Scanners zulassen, dokumentiert. Für die Erstellung der Konzepte erfolgte eine detaillierte Evaluation des Stands der Technik bezogen auf Time-of-Flight-Messysteme. Diese Erkenntnisse werden für eine differenzierte und kategorisierte Aufstellung der Anforderungen, die an eine mikrotechnische Umsetzung eines 3-D-Scanners gestellt sind, genutzt. Aus dieser Aufstellung wurden anschließend Festlegungen und Berechnungen für die Messtechnik, die Lasersicherheit, die Optik und die Aktuierung des Gesamtsystems durchgeführt. Im nächsten Schritt wurde aus dem favorisierten Systemkonzept ein Design entworfen, dass die zuvor aufgestellt Anforderungen berücksichtigt. Der rotatorische-Kammaktor auf SOI-Basis wurde anhand von numerischen und analytischen Modellen auf eine hohe Abtastrate und großer Winkelauslenkungen optimiert und erlaubt eine gezielte Regelbarkeit der Auslenkung. In Machbarkeitsstudien wurden erste Varianten der Mikroaktoren umgesetzt und an einem angepassten Versuchsstand ausgewertet. Ein Vergleich mit dem theoretischen Modell zeigt die Funktionsfähigkeit dieses Aktors für die Anwendung als Mikroscanner für Time-of-Flight-Messsysteme. Der Herstellungsprozess wurde weiterhin hinsichtlich der Rauheit der Ätzflanken optimiert, um diese als Spiegelfläche zu verwenden und somit den Grad der Integration zu erhöhen.

Seitdem im Jahre 1991 die ersten photonischen Strukturen künstlich hergestellt wurden, hat sich die Forschung in diesem Bereich stark entwickelt. Mittlerweile existieren zahlreiche Methoden, um derartige Strukturen herzustellen, allerdings sind der ökologische und finanzielle Aspekt immer noch nicht zufriedenstellend gelöst. Aus diesem Grund ist die Suche nach preisgünstigeren, schnelleren und umweltschonenden Methoden zur Herstellung photonischer Strukturen von großem Interesse. Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Nanoimprint-Lithographie als eine Herstellungsvariante für photonische Strukturen herangezogen. Dazu wurden insgesamt 15 Proben unterschiedlicher Materialien und Geometrien gefertigt. Si und Quarzglassubstrate wurden mit diesem lithographischen Verfahren und verschiedenen Ätzverfahren mit Säulen, Löchern und Pyramiden strukturiert. Nach jedem Prozessschritt wurden die Strukturen mit dem Rasterelektronenmikroskop überprüft. Schließlich wurden bei den gefertigten Proben mittels UV-Vis-Spektroskopie und winkelaufgelöster Streulichtmessung Transmissions-, Reflexions- und Streulichtmessungen zur Untersuchung ihrer optischen Eigenschaften durchgeführt. Der Einfluss der Ätzzeit auf die Geometrie der Strukturen konnte durch REM-Untersuchungen gezeigt werden. Je länger die Proben geätzt wurden, desto tiefer und breiter waren die Strukturen. Mit Hilfe der UV- und Vis-Spektroskopie konnten verschiedene Zusammenhänge zwischen Ätzzeit und optischen Eigenschaften festgestellt werden. Zum einen hat sich die UV-Absorptionskante der Quarzglas-Proben mit zunehmender Tiefe der Strukturen zu längeren Wellenlängen verschoben. Zum anderen konnte durch die verlängerte Ätzzeit der gesamte Reflexionsanteil der Silizium-Proben verringert werden. Hinzu kommt, dass die Silizium-Proben durch die verschiedenen Ätzzeiten unterschiedliche Wellenlängen absorbiert bzw. reflektiert haben. Die Nanostrukturierung der Proben wurde schließlich mit Hilfe der winkelaufgelösten Streulichtmessung nachgewiesen und ihre Periode bestimmt werden. Die durch Streulichtmessung berechneten Perioden unterschieden sich wenig von den durch REM bestimmten Perioden. Trotz der aufgetretenen Schwierigkeiten bei der Herstellung der photonischen Strukturen kann nach der Analyse der Ergebnisse behaupten werden, dass das Verfahren aus vielerlei Hinsicht vorteilhaft ist. Die Ergebnisse der Untersuchungen ergaben, dass die Nanoimprint-Lithographie sowohl aus finanzieller als auch aus ökologischer Sicht eine gute Alternative zu anderen herkömmlichen Methoden bietet. Durch die in der Arbeit analysierten Verfahren könnten photonische Strukturen schneller und einfacher hergestellt werden, was in der Industrie künftig einen großen Vorteil bedeuten würde.

An der TU Ilmenau werden Röntgenaufnahmen mit einer Mikro-CT-Anlage zur Materialprüfung durchgeführt. Das Ziel dieser Arbeit ist es, einen Prüfkörper zur Ermittlung der Auflösungsgrenze dieser Anlage zu entwickeln. In der Norm DIN EN 16016-3 wird die Ermittlung der räumlichen Auflösung von CT-Systemen mit Hilfe der Modulationsübertragungsfunktion beschrieben. Bei dieser Methode handelt es sich um eine indirekte und relativ aufwendige Bestimmung der Auflösung. Dahingegen bietet ein Prüfkörper die Möglichkeit, die Auflösung direkt und visuell zu bestimmen. Die Grundlage für die Entwicklung des Prüfkörpers bilden die beiden in der Norm DIN EN ISO 19232 beschriebenen Draht-Bildgüteprüfkörper. Diese Prüfkörper werden verwendet, um die Ortsauflösung und die Kontrastauflösung von Durchstrahlungsaufnahmen zu bestimmen. Die Ortsauflösung beschreibt die Fähigkeit, zwei nahe beieinander liegende Details getrennt voneinander darzustellen. Bei der Kontrastauflösung handelt es sich um den Grauwertunterschied zwischen einem Detail und dessen Hintergrund. Um mit dem entwickelten Prüfkörper die Auflösung der CT-Anlage dreidimensional zu bestimmen, werden zwei Chips entworfen, die senkrecht zueinander angeordnet sind. Dadurch können sowohl die Flächenauflösung als auch die axiale Auflösung ermittelt werden. Die beiden Chips weisen Linienstrukturen auf, die T-förmig angeordnet sind. Dies ermöglicht die Bestimmung der vertikalen und der horizontalen Auflösung. Die Größe der Linienbreiten und der Linienabstände liegt zwischen 1 m und 20 (my)m. Erste Tests ergeben eine Auflösungsgrenze von etwa 10 (my)m. In dieser Arbeit werden des Weiteren die Parameter beschrieben, welche die Bildqualität einer CT-Aufnahme beeinflussen. Eine wichtige Rolle für die zu erreichende Auflösung spielt die Anode der Röntgenröhre. Daher gibt es beispielsweise mit der Flüssigmetallanode vielversprechende Entwicklungen zur Modifizierung der Anode. In dieser Arbeit werden die Grundlagen für die Entwicklung einer Mehrelementanode beschrieben, die durch die Anregung verschiedener charakteristischer Linien zu einer Kontrastverbesserung beitragen soll.

Die vorliegende Arbeit behandelt die Herstellung eines neuartigen Hydrogel-Silber-Verbundwerkstoffs, seine Charakterisierung hinsichtlich der strukturellen und antibakteriellen Eigenschaften sowie die Untersuchung seiner Wechselwirkung mit Glasoberflächen. Die Hydrogele basieren auf N-isopropylacrylamid, einem funktionalisierten Macromonomer aus 2-Oxazolinen sowie N,N'-methylenbisacrylamid als Vernetzer. Die Synthese erfolgte durch radikalische Polymerisation mithilfe des Initiatorsystems Ammoniumpersulfat und N,N,N,N'-tetramethylendiamine. Die Silbernanopartikel im Polymernetzwerk wurden durch eine Komplexierung mit Silberkationen aus einer Silbernitratlösung und eine darauffolgende Reduktion mit Natriumborhydrid gebildet. Die Hydrogele verschiedener Zusammensetzung wurden bezüglich ihrer Struktur und ihrem Wasseraufnahmevermögen untersucht. Die Bildung von Silbernanopartikeln sowie die Faktoren, die diese beeinflussen, wurden analysiert und konnten veranschaulicht werden. Die antibakterielle Wirkung des entwickelten Verbundmaterials in Pulverform wurde in Zählexperimenten auf Staphylococcus aureus erprobt. Verglichen mit der Referenzprobe ohne Silbernanopartikel, konnte die Bakterienzahl auf ca. 0,1 % reduziert werden. Der Verbundwerkstoff wäre demnach von Interesse für biomedizinische Anwendungen. Schließlich wurden unterschiedliche Schichten auf fotosensiblem Glas FS21 abgeschieden und bezüglich des Einsatzes in der Mikrosystemtechnik evaluiert.

Die Herstellung von Bauteilen aus geschlossenzelligen Polyolefin-Partikelschäumen gliedert sich in vier Teilprozesse: Partikel-Herstellung, Druckbeladung, Formteilherstellung und Wärmebehandlung. Im Rahmen dieser Arbeit wird die Korrelation von Verfahrensparameter und Formteileigenschaften bei der Druckbeladung untersucht. Fehlende Kenntnisse über Effekte und Zusammenhänge der Einflussgrößen führen in der Praxis zu Qualitätsschwankungen in der Herstellung von EPP-Partikelschäumen. Zu diesem Zweck wird zunächst ein theoretischer Überblick über die Charakteristika von EPP sowie den Formteilprozess gegeben. Anschließend wird ein Modell zur Veranschaulichung des Diffusionsvorgangs entwickelt. Der praktische Teil der Arbeit gliedert sich in zwei Teile. Zuerst wird der Einfluss der Prozessparameter auf den Partikelinnendruck untersucht, anhand der gewonnen Erkenntnisse wird die Linearität der Zusammenhänge geklärt. Im Anschluss werden mittels eines teilfaktoriellen Versuchsplans Effekte und Wechselwirkungen der Prozessparameter auf die Zielgrößen der Formteilherstellung analysiert. Abschließend wird der Druckbeladungsprozess in der Wirtschaftlichkeitsrechnung auf die Kostenentstehung hin untersucht und eine Kostenvergleichsrechnung durchgeführt.

Im Rahmen des Projekts SACCA (System for Automated Cell Cultivation and Analysis) soll einen Biosensor entwickelt werden, der im flüssigen Medium mit einer transparenten Oberflächen, wodurch optische Messverfahren ermöglicht werden und worauf die Zellen nicht anwachsen wollen sollen, die Anwesenheit der Zellen messen soll. Die vorliegende Masterarbeit greift das Konzept und die Technologie auf. Eine technologische Umsetzung wird erfolgreiche zur Erzeugung der Nanostrukturen durchgeführt. Auf Basis des Konzepts und Anwendung des SAW-Sensors wird ein neuer Sensortyp entwickelt. Bei diesem werden Lamb-Wellen durch Interdigital Strukturen auf einer piezoelektrischen Membran erzeugt. Diese Wellentypen ermöglichen die Messungen im flüssigen Medium und die Änderung der Eigenschaften des Fluids zu erkennen. Das Konzept wird für den Flexural-Plate-Wave-Sensor (FPW) in der Arbeit bearbeitet und einen Entwurf mit einem SAW-Sensor mit einer Membran technologische umgesetzt. Die Fähigkeit des Entwurfs wird durch einen Vergleichung mit einem SAW-Sensor und Messungen im flüssigen Medium verifiziert. Der Einfluss von Wasser, Isopropanol und der Unterschied zwischen beiden Flüssigkeiten wird durch die Messungen erfolgreich beachtet. Zum Schluss erfolgen die Auswertung der Ergebnisse und ein Ausblick auf möglichen Erweiterungen.

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Beeinflussung veränderlicher Einsatztemperaturen und variablem Lagenaufbau eines Hybridlaminats aus CFK und GFK. Grundlage bildet eine Anpassung der klassischen Laminattheorie mit temperaturabhängigen Ausgangsgrößen. Dies soll reellere Werte der Laminatsteifigkeit und der resultierenden Spannungen widergeben. Anhand praktischer Versuche mit Vergleichslaminaten erfolgt die Ermittlung der Ingenieurkonstanten der Proben, auf Basis von gemessenem Spannungs-Dehnungs-Verhalten. Diese Werte werden mit berechneten Größen vergli-chen. Die Lagenschichtung der Proben erfolgt in der Kombination CFK/GFK - 0/0&ring;, 0/90&ring;, 90/0&ring; und 90/90&ring;. Dies stellt den höchstmöglichen Winkelversatz bei den Faserorientierungen in einem Laminat dar. Da aus diesen Anordnungen ermittelten Werte lassen auf weitere Kombinationen unterschiedli-cher Orientierungsvarianten der Einzelschichten in einem Hybridlaminat schließen und eine Voraussage über das Werkstoffverhalten treffen. In dieser Arbeit wird das Verhalten eines Hybridverbundes aus HT-Kohlefasern und E-Glasfasern in Kombination mit Epoxidharz untersucht. Die gewonnenen Erkenntnisse dienen als Grundlage zur Untersuchung weiterer Werkstoffkombinationen. Ziel ist es ein Material- und Berechnungsmodell aufzustellen, das geeignet ist das Verhalten eines Hybridverbundes aus CFK und GFK in Abhängigkeit vom Lagenaufbau zu beschreiben.

Die Anforderungen an die Sterilität bei Mahlprozessen sind in der Pharmaindustrie sehr hoch. Momentan werden die Wirkstoffe in Rührwerkskugelmühlen und Planetenkugelmühlen zerkleinert. Der Nachteil dieser Mühlen ist, dass die Prozesskammer und der Mühlenantrieb nur unter großem Aufwand getrennt werden können, dadurch wird die Reinigung erschwert. Eine Alternative ist die momentan in Entwicklung befindliche elektromechanische Nassmahlung. Bei diesem Prinzip ist dieses Problem nicht vorhanden, da konstruktionsbedingt kein mechanischer Antrieb vorhanden ist. Für das elektromechanische Prinzip (EMZ) sind hartmagnetische verschleißfeste Mahlkörper notwendig. Besonders geeignet ist Strontiumhexaferrit (SrFe12O19). Die Eignung solcher Mahlkörper für das EMZ wurde bereits in früheren Arbeiten nachgewiesen. Ziel dieser Arbeit ist es verschleißfeste Mahlkörper zu entwickeln, deren Verschleiß produktverträglich ist. Dies soll über eine Dickbeschichtung mit Kunststoff erfolgen. Dabei müssen die Mahlkörper gewährleisten, dass kein ferritischer Abrieb in das Mahlgut gelangt. Außerdem müssen sie die notwendigen magnetischen Kennwerte auch nach der Beschichtung erfüllen. Bei den Versuchen mit einem modifizierten Wirbelsinterverfahren zeigte sich, dass unterschiedliche Vorbehandlungen an den Mahlkörpern die Verschleißfestigkeit signifikant erhöhen. Außerdem hat sich ergeben, dass die Rundheit der hartmagnetischen Grundkörper einen großen Einfluss auf die Schichtqualität und Verschleißfestigkeit hat. Weiterhin gibt es eine deutliche Korrelation zwischen der Schichtdicke und der Temperatur des Kunststoffpulvers während der Beschichtung. Je höher die Pulvertemperatur ist, desto dicker wird die Schicht. Durch verschiedene Nachbehandlungen konnten die magnetischen und Oberflächeneigenschaften stark verbessert werden. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass das Beschichten von SrFe12O19 Mahlkörpern mit Polyamid-Pulver mit einem modifizierten Wirbelsinterverfahren möglich ist und die geforderten Eigenschaften erreicht werden und auch nach der Beschichtung im elektromechanischen Mahlprozess eingehalten werden können.

Im Rahmen der vorliegenden Masterarbeit wird der Einfluss von Fe, Mn, Mo, Cr, Co, Cu, Mg, Ni, Zn, Ti, Zr und Sr auf das Gefüge einer sekundären AlSi-Gusslegierung im Gusszustand untersucht. Dabei werden die unterschiedlichen Abkühlgeschwindigkeiten berücksichtigt, die sich innerhalb der Legierungsabgüsse im Fließkanal einer Gießspiral-Kokille ergeben. Neben thermodynamischen Werkstoffsimulationen mittels JMatPro® werden Härtemessungen sowie Licht- und Rasterelektronenmikroskopie mit EDX durchgeführt. Eine Steigerung des Fe-Gehalts führt aufgrund des erhöhten Anteils an α-Al15(Fe,Mn)3Si2 Phasen zu einem Härteanstieg. Die Morphologie dieser Phasen wird zudem plattenförmiger. Durch Zugabe an Mn, Cr, Co wird der Phasenanteil von α-Al15(Fe,Mn)3Si2 ebenfalls erhöht, wobei Cr und Co in diese Phasen mit eingebaut werden. Ein zunehmender Cr-Gehalt führt zudem zur Anhäufung primärer, polygonaler Phasen. Mo besitzt einen einformenden Effekt auf Fe-haltige Phasen durch Bildung einer AlFeMoSi Phase, die Mn enthält. Ni-Zugabe bewirkt die Erstarrung einer neuen AlCuNi-Phase. Zn besitzt keinen Einfluss auf intermetallische Phasen, da es hauptsächlich im Al-Mischkristall gelöst ist. Mit zunehmendem Cu- bzw. Mg-Gehalt steigt der Anteil der - und Q-Phase bzw. der π-Phase. Des Weiteren erhöhen sich deren Konzentration im Al-Mischkristall und die Härte. Beide Elemente weisen eine Konzentrationsseigerung zum Rand des Al-Dendriten auf. Durch Erhöhung des Zr- bzw. Ti-Gehalts steigt ebenfalls die Zr- bzw. Ti-Konzentration im Al. Im Gegensatz zu Cu und Mg ergibt sich eine Seigerung zum Kern des Al-Dendriten. Zr erstarrt zudem als Al3(Zr,Ti)-Phasen. Die Zugabe von Sr veredelt das Al/Si-Eutektikum. Ist kein Sr in der Legierung vorhanden, wird die Morphologie des Eutektikums allein durch die Abkühlgeschwindigkeit bestimmt. Zudem ergeben hohe Abkühlgeschwindigkeiten kleinere intermetallische Phasen. Basierend auf den Erkenntnissen wurden simulative Wärmebehandlungen mit JMatPro® durchgeführt, bei denen sich zeigte, dass eine AlSi10Fe0,5Cu2,4Mg0,3-Legierung gute Festigkeiten aufweisen bei moderaten Warmauslagerungszeiten und temperaturen.

Die optische Glimmentladungsspektroskopie zählt zu den Oberflächenanalyseverfahren und ermöglicht die Untersuchung von leitfähigen, wie auch isolierenden Materialien. Sie erlaubt es, hochauflösende Tiefenprofile zu erstellen, welche Aufschluss über die Elementverteilung in Randschichtbereichen und in komplizierten Schichtsystemen geben. Trotz seiner schlechten lateralen Auflösung aufgrund größer Anodendurchmesser (2 - 8 mm) besitzt das Verfahren großes Potential beim Einsatz in der Charakterisierung und Entwicklung von Schichtmaterialien, z.B. in der Sensortechnologie. Im Rahmen dieser Masterarbeit wird eine Multielementemessmethode für isolierende Sensorschichten auf Silicium entwickelt. Die Problematik der Kalibrierprobenauswahl und der Methodenkalibrierung wird eingehend vorgestellt und beschrieben. Das Verfahren kommt herkömmlicher Weise bei der Analyse von ebenen Schichten zum Einsatz. Es wurden daher unterschiedliche Schichtmaterialien (TiO2, SnO2, In2O3, WO3) im Dickenbereich von 25 nm - 800 nm untersucht. Dadurch ist eine Beurteilung und Optimierung des Herstellungsprozesses dieser möglich. Das Verfahren liefert Aussagen, welche mit weiteren angewendeten Messverfahren (EDX, RFA, XRD) nicht möglich sind. Die Schichtstöchiometrie kann auch beim Einsatz von SiO2-Sperrschichten ermittelt und damit eine Prozesskontrolle realisiert werden. Weiterhin ist der Prozess der Kristallisation und Annahme der stöchiometrischen Zusammensetzung, beispielsweise bei der thermischen Nachbehandlung von WO3-Schichten bei 460&ring;C, beobachtbar. Schlussfolgerung dessen ist, dass die Prozessdauer schichtdickenabhängig anzupassen ist, um eine vollständige Umwandlung zu erzielen. Des Weiteren können, bei der Schichtherstellung mit Hilfe von Sputtertargets, Abweichungen von der Stöchiometrie durch Verlust von Sauerstoff während der Deposition auftreten und mit dem GD-OES-Verfahren nachgewiesen werden. Der weitreichende Einfluss von Adsorbaten auf die Analyse ist in den Tiefenprofilen erkennbar. Somit eröffnet sich hier eine neue Möglichkeit, den Anlagerungsprozess von Brandgasen an Sensorschichten zu bewerten und Optimierungen der Schichten vorzunehmen. Erstmalig wurde die Eignung der Tiefenprofilanalyse mittels GD-OES auch für strukturierte Substrate mit Beschichtung nachgewiesen. Es ist eine Bestimmung der Schichtstöchiometrie realisierbar. Der Abtragsprozess durch das Plasma wurde für Black Silicon sowie Schichten auf Black Silicon beschrieben. Der Einfluss der Abtragscharakteristik auf den Verlauf des Tiefenprofils geht daraus hervor. Aus den Untersuchungen ergeben sich neue, interessante Fragestellungen für die Anwendung des Verfahrens im Bereich strukturierter Oberflächen.

Das Ziel dieser Abschlussarbeit waren analytische Komplexuntersuchungen an Metalloxidschichten für die Gassensorik. Auf die polykristallinen Silicium- bzw. Black Silicon-Substrate mit oder ohne Sperrschicht SiO2 wurde das jeweilige Metalloxid (WO3, SnO2) mittels Magnetronsputtern in Sauerstoffatmosphäre aufgetragen. Die Schichtdicken reichten hierbei von 25 bis 800 nm. War nach dem Sputtern nicht genügend Sauerstoff in der Schicht gebunden, wurden die Proben unter schneller thermischer Behandlung in Sauerstoffatmosphäre hohen Temperaturen (400 &ring;C, 460 &ring;C, 600 &ring;C, 1000 &ring;C) für 2 bis 20 Minuten ausgesetzt. Hiernach war die gewünschte Stöchiometrie von WO3 (triklin) und SnO2 (tetragonal) vorhanden. Die Proben wurden sowohl nach dem Sputtern als auch nach dem Tempern mittels Röntgendiffraktometrie, Rasterelektronenmikroskopie und Focused Ion Beam (Cross-Sections) auf ihre Phasenzusammensetzung, Oberflächenbeschaffenheit, Kristallinität, Korngröße und Schichtdicke untersucht. Durch geeignete Testserien konnte das Tempern der WO3-Proben bei nur 460 &ring;C und 20 Minuten erfolgen. Diese Temperatur liegt nahe der Betriebstemperatur für Gassensoren. Bei den SnO2-Proben konnte nach den richtigen Sputterparametern auf die Nachbehandlung mit Sauerstoff verzichtet werden. Bei allen Proben stellten sich die gewünschten Phasen ein. Die mittlere Korngröße wurde über die Scherrer-Gleichung berechnet und beträgt bei WO3 61,2 nm und bei SnO2 14,5 nm. Beide Materialien weisen homogene und fehlerfreie Schichten auf. An den Proben werden weiterführende Untersuchungen veranlasst, vor allem in Bezug auf die elektrischen Eigenschaften (Masterarbeit Tom Trautvetter) und die quantitative Tiefenprofilanalyse mit der Glimmentladungsspektroskopie (Masterarbeit René Böttcher). Die Herstellungsparameter der Versuche wurden so optimiert, dass auf eine zusätzliche Nachbehandlung mit Sauerstoff verzichtet (SnO2) bzw. die Temperaturen auf ein Minimum herabgesetzt (WO3) werden konnten. Ein kommerzieller Einsatz kann so kostengünstiger erreicht werden.

Um die langfristige Existens der Menschheit und der Umwelt sicherzustellen, ohne vollständig auf technologisch begründeten Lebensstandard verzichten zu müssen, ist es Hauptaufgabe jedes Wissenschaftlers und Ingenieurs, die vorhandenen Technologien auf ihre Umweltverträglichkeit hin zu untersuchen und zu verbessern. Insbesondere bei neuen Erfindungen müssen Parameter wie CO2-Ausstoß und Erneuerbarkeit bereits in der Entwicklungsphase betrachtet werden. Im Zuge der Elektromobilität sowie der Energiewende zu erneuerbaren Energien werden große Mengen an Hochleistungsenergiespeichern benötigt. In der Mobilität stellt sich eine Umstellung auf erneuerbare Energien als Herausfordung dar, da hohe Energiedichten und spezifische Energien benötigt werden. Wasserstoff hat sehr hohe Energiedichten zueigen, die Volumina der bislang technisch realisierten Wasserstoffspeicher sind allerdings zu groß für mobile Anwendungen. Leichtmetallhydride können können den Anforderungen von Brennstoffzellenfahrzeugen gerecht werden. Natrium ist ein sehr gut Verfügbares und günstig zu gewinnenes Element, Wasserstoff kann regenerativ beispielsweise über die Wasserelektrolyse gewonnen werden. Daher bietet sich NaH als Metallhydride für die Wasserstoffspeicherung an. Der Vorteil eines elektrochemischen Synthesewegs liegt in der höheren Effizienz, bei herkömmlicher Synthese werden Temperaturen von 400-450&ring;C und Drücke von mindestens 50 atm benötigt, die in dieser Arbeit untersuchte elektrochemische Synthese wird hingegen bei 155&ring;C und 1 atm durchgeführt. In dieser Arbeit wurde die elektrochemische Ko-Abscheidung von Natriumionen und Wasserstoff zu Natriumhydrid durch Zyklovoltammetrie in nachgewiesen. Als Elektrolyt wurde hierzu eine (80:20 mol%ige [TEA][TFSI]:Na[TFSI] tetraethylammonium bis-(trifluoromethansulfonyl)-amid) ionische Flüssigkeit als Elektrolyt verwendet.

Um den Einfluss nanoskaliger Matrixadditive auf die mechanischen und thermischen Eigenschaften von Kompositmaterialien zu bestimmen, wird Epoxidharz mit Nanopartikeln versehen. Als Experimentierpartikel wird Böhmit (AlO(OH)) verwendet. Neben der unmodifizierten Form kommt auch eine essigsäuremodifizierte Form des Böhmits zum Einsatz. Der Partikeleinfluss auf die matrixdominierten Eigenschaften des Faserverbundkunststoffs (FVK) wird mit Hilfe von parametrischen Reihenuntersuchungen an faserverstärkten und nicht-faserverstärkten Kompositmaterialien verifiziert. Die Fertigung der verwendeten Probekörper wird ebenfalls in dieser Arbeit beschrieben. Zur Bestimmung und Bewertung ausgewählter mechanischer und thermischer Eigenschaften werden folgende Untersuchungen durchgeführt: - Zugversuch; - Drei-Punkt-Biegeprüfung; - Risszähigkeitsprüfung und Energiefreisetzungsrate; - Iosipescu-Schubversuch; - Differential Scanning Calorimetry (DSC); - Thermogravimetrische Analyse (TGA). Die Auswertung der Ergebnisse zeigt, dass es durch die Zugabe der Nanopartikel zu einer signifikanten Beeinflussung der mechanischen und thermischen Kennwerte kommt.

Die Industrie stellt immer höhere Ansprüche an Fahrzeuge und Maschinen. Seit mehreren Jahren liegt ein besonderer Fokus auf Leistungssteigerung und Energieeinsparung. Diese Anforderungen können durch Einsatz der Leichtbauweise bei Maschinen und Fahrzeugen umgesetzt werden. Im Rahmen dieser Masterarbeit wird untersucht, wie systematisch identifiziert werden kann, an welchen Stellen Maschinen und Fahrzeuge besser gestaltet werden können. Es stellt sich heraus, dass einzelne fallbezogene Konzepte nicht zielführend sind. Es wird eine allgemeine, branchenübergreifende und von der Anwenderexpertise unabhängige Bewertungsmethodik für den FVK-Leichtbau entwickelt. Das Konzept zur Ermittlung des Leichtbaupotentials basiert auf einer überschläglichen Ermittlung der maximal möglichen Gewichtsreduzierung und einer anschließenden Berücksichtigung mindernder Einflüsse. Das Ergebnis ist eine Übersicht aller Bauteile und dem dazugehörigen Leichtbaupotential. Das Konzept wird in einer eigenständigen Software umgesetzt. Zusätzlich werden in dem Programm Tipps zum Fertigungsverfahren und zur Auslegung gegeben. Zur Überprüfung der Anwenderunabhängigkeit werden mit dem Programm und mehreren Bauteilen Probandentests durchgeführt. Es zeigt sich, dass alle Versuchspersonen ein ähnliches Ergebnis erhalten. Abschließend werden die Ergebnisse der Arbeit diskutiert und mögliche Weiterentwicklungen aufgezeigt.

Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Erstellung von Kennzahlen zum Benchmarking des energetischen Prozessverhaltens beim Spritzgießen. Dies geschieht auf Basis vorhandener Konzepte des Instituts für Kunststofftechnik der TU Ilmenau. Dafür werden bestehende Modelle zur Berechnung von Teilprozessen analysiert und überarbeitet. Es wird ein Gesamtkonzept zur Beschreibung des Energiebedarfs zur Herstellung eines Formteils mit einer Spritzgießmaschine erstellt. Der Energiebedarf ist nur anhand von Formteileigenschaften berechenbar. Das erstellte Konzept wird durch anschließende Messungen verifiziert und gegebenenfalls angepasst. Anschließend erfolgt eine Einordnung der Prozesse anhand ihrer Merkmale in Klassen. Innerhalb dieser Klassen werden Prozesse anhand ihres spezifischen Energiebedarfs auf eine energetische Ähnlichkeit untersucht. Der Rahmen für eine energetische Ähnlichkeit wird durch statistische Methoden festgelegt. Zuletzt kann ein Benchmarking der zuvor als ähnlich definierten Prozesse stattfinden.

Die Arbeit befasst sich mit der Füllstoffverteilung bei der Einarbeitung von Basaltfasern in Polypropylen und den resultierenden Auswirkungen auf die Bauteilqualität. Prozessparameter, die die Faserlänge und die Faserverteilung beeinflussen, werden identifiziert und analysiert. Anhand von Versuchen werden prozessparameterabhängige Modelle entwickelt, welche auf physikalische Größen abgeleitet werden sollen. Die Beurteilung der Bauteilqualität erfolgt über die mechanischen Kenngrößen E-Modul, Zugfestigkeit, Bruchdehnung und Schlagzähigkeit. Für diese Kenngrößen werden Modelle zur Vorabschätzung der erreichbaren Eigenschaften in Abhängigkeit von Faserlänge und Faservolumengehalt ermittelt. Abschließend wird für das E-Modul ein Vergleich zu existierenden Modellen angestellt.

In dieser Arbeit werden Modelle für die Bestimmung des Verschleißzustandes von Komponenten einer Spritzgießmaschine entwickelt. Zunächst wird ein Überblick über die Funktionsweise und den Aufbau einer Spritzgießmaschine gegeben. Anschließend werden tribologische Systeme einer Spritzeinheit und in der Hydraulik betrachtet. Es werden Instandhaltungsstrategien und technische Umsetzungen einer Zustandsüberwachung dargestellt. Danach werden fünf Hauptverschleißkomponenten einer vollhydraulischen Spritzgießmaschine bestimmt. Das Verschleißverhalten und dessen Auswirkung auf die Maschinenfunktionen werden fürdiese Komponenten nachvollzogen. Für drei der Hauptverschleißkomponenten wird jeweils ein Modell, welches den Verschleißzustand erfasst, entwickelt. Zunächst wird eine geeignete Prüfmethode oder Messmöglichkeit ausgewählt.Daran anschließend wird die Umsetzung der Modelle an einer Spritzgießmaschine aufgezeigt und ein Überblick über mögliche Einflussgrößen auf das Modell gegeben. Für die Messwerterfassung wird keine zusätzliche Hardware an der Maschine benötigt. Es werden Rahmenbedingungen für die Anwendung der Modelle für die Zustandsbestimmung dargestellt. Die Modelle werden anhand von synthetischen Tests und Vergleichsversuchen validiert.

Aufgrund der großen Gestaltungsfreiheit, kostengünstigen Herstellung und niedrigen Dichte haben durch Spritzgießverfahren hergestellte Kunststoffformteile riesiges Anwendungspotential im optischen Bereich. Um den Zusammenhang zwischen den Verarbeitungsparametern und der Formteilqualität herauszufinden und zu beschreiben, wird ein Prozessmodell als Ziel dieser Arbeit erstellt und durch zahlreiche Versuche verifiziert. Die Abformgenauigkeit, Molekülorientierung und Eigenspannung in Bauteilen dienen als Qualitätskriterien der Formteile. Neben den Prozessparametern: Einspritzvolumenstrom, Schmelzetemperatur, Werkzeugtemperatur und Nachdruck wird auch der Einfluss der Bauteildicke auf die Formteileigenschaften betrachtet. Außer der Bestimmung der Einflüsse der möglichen Faktoren werden diese Einflüsse noch physikalisch und prozesstechnisch erläutert.

Das steigende Umweltbewusstsein führt zu Bestrebungen, eine Alternative zu den konventionellen Kunststoffen zu finden. Ein besonderer Vorteil von Biokunststoffen ist eine verbesserte CO2-Bilanz im Vergleich zur Herstellung petrochemischer Kunststoffe. Die Anwendung in technischen Bereichen erfordert geeignete mechanische Eigenschaften, welche im Wesentlichen vom Molekulargewicht abhängig sind. Biokunststoffe, darunter auch Polymilchsäure, gelten als degradationsempfindlich, weshalb materialschädigende Einflüsse während der Verarbeitung von besonderem Interesse sind. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, die Abbaumechanismen während der Verarbeitung nach thermischen und mechanischen Einflüssen zu trennen und mathematisch zu beschreiben. Dazu werden die Verarbeitungsverfahren Compoundieren und Spritzgießen exemplarisch mit Polymilchsäure untersucht. Zur Anwendung kommt die Methode der statistischen Versuchsplanung. Mit den Messergebnissen wird ein Modell erstellt, das die Vorhersage des Materialabbaus während der Verarbeitungsprozesse ermöglicht. Die erreichbaren mechanischen Eigenschaften werden mit dem gemessenen Materialabbau korreliert. Das Verarbeitungsverfahren des In Line Compoundierens wird vorgestellt und das Verbesserungspotential gegenüber der konventionellen Verarbeitung aufgezeigt.

Die Ergebnisse dieser Arbeit stützen sich auf zwei untersuchte Schwerpunkte, dem Solid-state Dewetting dünner bimetallischer Gold-Nickel Schichten und daraus resultierende Nanopartikel. Hinsichtlich des Solid-state Dewetting wurde der Einfluss der chemischen Zusammensetzung für 34 at-%, 60 at-% und 82 at-% Nickel untersucht. Abhängig von der Schichtreihenfolge wirken die Doppelschichten unterschiedlich stark stabil, sodass die Anordnung Goldschicht auf Nickelschicht auf Siliziumoxid-Substrat dem Entnetzen einen höheren Widerstand entgegenbringt als es für den Fall einer Nickelschicht auf Goldschicht der Fall ist. Die Stöchiometrie spielt ebenso eine Rolle hinsichtlich des Solid-state Dewetting-Prozess. Dünne Schichten unter einer dicken Deckschicht wirken dem Entnetzen entgegen, während dicke Schichten aus Gold oder Nickel dünne Schichten destabilisieren. Mithilfe Cross Section REM-Aufnahmen konnten facettierte Randbereiche an den entnetzten Regionen beobachtet und anhand der Röntgenbeugungsversuche eine {1 1 1} -Textur nachgewiesen werden. Bezüglich der untersuchten Nanopartikel war nicht zwischen der Schichtreihenfolge zu unterscheiden. Für 82 at-% Nickel wurden goldreiche Ausscheidungen auf der facettierten Partikeloberfläche beobachtet. Den Partikeln konnte mithilfe der XRD eine {1 1 1} -Textur nachgewiesen werden. Die untersuchten Nanopartikel mit 60 at-% Nickel wiesen nickelreiche Facetten in Folge der Entmischung auf, welche in das Partikelvolumen hineinreichten. Mittels Röntgenbeugung und REM-Aufnahmen konnte diesen neben einer {1 1 1} auch eine {1 0 0} -Orientierung zugeordnet werden. Für 34 at-% Nickel wiesen die Nanopartikel keine Entmischung oder Facettierung auf, sondern zeigten im Querschnitt eine mesoskopische Struktur.

Einschneckenextruder dienen zur kontinuierlichen Herstellung von Folien und Halbzeugen aus Kunststoffen. Das zugeführte Granulat wird im Extruder gefördert, aufgeschmolzen und homogenisiert. Der Nutbuchsenextruder besteht im Gegensatz zum konventionellen Glattrohrextruder aus einer genuteten Einzugszone, um ein gegendruckunabhängiges Förderverhalten zu gewährleisten. In der Einzugszone des Nutbuchsenextruders entstehen Wechselwirkungen zwischen den Granulateigenschaften, der Nutgeometrie und der Schneckengeometrie die das Durchsatzverhalten beeinflussen. Diese Wechselwirkungen wurden in bisherigen Arbeiten unvollständig betrachtet. In der vorliegenden Arbeit wird ein Rinnenversuchsstand entwickelt, welcher eine kinematische und geometrische Vereinfachung des Schneckenkanals abbildet. Versuche mit dem Rinnenmodell ermöglichen eine Analyse der Wechselwirkungen im Einzugszonenbereich des Nutbuchsenextruders. Die Ergebnisse der Variation von Granulat, Kanalhöhe und Nutgeometrie werden diskutiert und ein mathematisches Modell unter Betrachtung der Haupteinflussfaktoren gewonnen. Zusätzlich wird ein Modell zur physikalischen und geometrischen Beschreibung des Granulatverhaltens im Schneckenkanal erstellt und eine Übertragbarkeit der Ergebnisse der Rinnenversuche auf die Einzugszone abgeleitet. Versuche am Einzugszonenprüfstand ermöglichen eine Verifizierung der Erkenntnisse aus den Rinnenversuchen. Die Resultate der Einzugszonenprüfstandsversuche dienen der Untersuchung und Erweiterung von vorhandenen Modellen zur Durchsatz- und Leistungsberechnung.

Die vorliegende Masterarbeit soll im Rahmen einer Machbarkeitsanalyse die Integrationsmöglichkeiten von metallischen Krafteinleitungselementen in hybride Sheet Moulding Compound- (SMC) - Strukturen für Luftfahrtanwendungen untersuchen. Auf die Darstellung der Grundlagen, welche im Schwerpunkt die Eigenschaften und die Herstellung von SMC-Strukturen sowie den Stand der Technik in Bezug auf Krafteinleitungselemente für Faserverbundstrukturen darstellen, folgt die Konzeption eines repräsentativen Versuchsträgers und dessen Fertigungsprozesses. Dafür werden verschiedene Sekundärstrukturen diverser Airbus-Modelle als Referenz für die Versuchsträgergeometrie betrachtet. Nach der methodischen Bewertung der möglichen Integrationsvarianten von Inserts in den Versuchsträger werden die experimentellen Untersuchungen und die im Rahmen der Arbeit entwickelten Prüfverfahren erläutert und die Ergebnisse hieraus präsentiert. Untersucht wurden neben verschiedenen Inserts auch Scheiben für Bolzenverbindungen sowie textile Endlosfaserverstärkungen. Außerdem wurde das SMC-Halbzeug variiert. Als Resultat lässt sich festhalten, dass bei den SMC-Halbzeugen vor allem der Anteil der anorganischen Füllstoffe sowie die Schrumpfung und thermische Dehnung die Verankerungsfestigkeit maßgeblich beeinflussen. Bei den Inserts können vor allem die Außenkontur und die Oberflächenvorbehandlung die Verankerungsfestigkeit erhöhen. Die experimentell validierte Machbarkeitsanalyse zum hybriden SMC-Prozess offenbart außerdem das Potenzial, die Fertigungszeit und die Herstellungskosten für Sekundärstrukturen gegenüber den heute eingesetzten Verfahren, je nach Bauteil, über 50% senken zu können und zudem die Funktionsintegration zu erhöhen. Mit einem weiteren Versuchsträger in Form eines Bauteils und weiteren Tests ist die Zulassung des hybriden SMC-Prozesses als Fertigungsverfahren für Sekundärstrukturen im Luftfahrtbereich innerhalb der nächsten zwei Jahre möglich.

Aufgrund der stetigen Entwicklungen im Bereich der Mikroelektronik und der Energieeffizienz kommen vermehrt organische Halbleiter zum Einsatz. Deren Vorteile liegen, im Vergleich zu herkömmlichen Halbleiterwerkstoffen, in der automatisierten wie auch breitgefächerten Herstellungsportfolio, sowie der variablen Geometrie. Der Anlass dieser Arbeit ist es, dass bis heute die Leitungsmechanismen in dem verwendeten Polymer nicht geklärt sind somit dessen physikalisches Potential noch nicht vollkommen erschöpft ist. Zudem ist die Synthese von elektrisch leitfähigen Polymeren hinsichtlich deren Reproduzierbarkeit von Bedeutung. Dies gilt es im Folgenden zu verbessern. Nach gegenwärtigem Stand der Technik werden metall-organische Polymere nicht dotiert, obwohl eine Dotierung und die damit verbundene Einbringung weiterer Ladungsträger zu einer Verbesserung der Leitfähigkeit führt. In der folgenden Arbeit wird sich mit der Synthese und der Optimierung eines metallorganischen thermoelektrischen Polymers beschäftigt.

Sensoren von Elektronikmodulen zur Steuerung von Automatikgetrieben werden über einen Spritzpressprozess mit duroplastischen Material verkapselt, um der geforderten Zuverlässigkeit und Langlebigkeit im Automobilbau gerecht zu werden. Das dabei eingesetzte additiv vernetzende Epoxidharzsystem garantiert eine gute Haftung auf den Einlegeteilen, verursacht aber im Gegenzug Anhaftungen am Werkzeug bei der Verarbeitung. Im Rahmen dieser Arbeit findet durch eine Literaturrecherche und Systemanalyse die methodische Auswahl von geeigneten Prüfmethoden statt. Die auftretenden Haftmechanismen werden anschließend quantitativ über Scherversuche bewertet. Dabei wird der Zusammenhang der Haftkräfte zur Beschaffenheit der Werkzeugoberfläche und zur Vernetzung des duroplastischen Materials während der Verarbeitung hergestellt. Die Vernetzung des Materials wird mit Hilfe der dielektrischen Analyse und einem speziell entwickelten Pressrheometer bewertet. Aus den Untersuchungen werden Empfehlungen zur Reduzierung der Häufigkeit von Fertigungsauffälligkeiten bei der Verarbeitung des Harzsystems mittels Spritzpressen abgeleitet.

In dieser Arbeit sind poröse Gläser nach dem Vycor-Prozess als Fasern hergestellt worden. Die Fasern wurden auf Zugfestigkeiten und Biegedurchmesser untersucht und mit den Gläsern S2 und Boro 3.3 verglichen. Es wurde gezeigt, dass poröse Glasfasergewebe herstellbar sind. Die Fasern wurden mit unterschiedlichen Durchmessern von 0,1 mm, 0,2 mm und 0,3 mm untersucht. Die Versuche zeigen die besten Ergebnisse mit 0,2 mm starken porösen Fasern. Mit zwei verschiedenen Glassorten sind unterschiedliche Porengrößen im Bereich von 20 nm - 180 nm hergestellt worden. Für die Gewebeherstellung wurde ein Webstuhl konstruiert und gefertigt. Mit diesem sind Gewebe mit einer Größe von 60 cm x 60 cm herstellbar. Es wurde ein Gewebe unter der Verwendung von S2 - Fasern mit einem Abstand von einem Zentimeter als Kettfäden und porösen Fasern als Schussfäden hergestellt unter Verwendung der Leinenbindung. Innerhalb des Gewebes sind verschiedene Nanometer Porengrößen kombinierbar.

Im Rahmen dieser Arbeit wurden HTCC-Multilagenkeramiken, die mit einer Wolfram- oder Wolfram/Molybdänpaste bedruckt sind, mit Palladium bekeimt und anschließend mit einer haftfesten Nickel-Bor-Legierungsschicht beschichtet. Der Schwerpunkt lag dabei auf der Oberflächen- und Grenzflächencharakterisierung des Schichtsystems und speziell auf der Palladiumbekeimung. Hierfür wurden umfangreiche Versuche durchgeführt, um den Bekeimungsprozess zu optimieren und dementsprechend eine fehlerfreie, haftfeste und gleichmäßige Nickel-Bor-Abscheidung zu gewährleisten. Die Bewertung der Untersuchungen erfolgte auf der Basis von Schichtdickenuntersuchungen, Lichtmikroskopaufnahmen, zweidimensionalen Rauheitsmessungen und Tape- und Tempertests. Zudem wurden mittels Rasterkraftmikroskopie und energiedispersive Röntgenspektroskopie die Entstehung und das Wachstum der Palladiumkeimschicht untersucht. Weiterhin wurde mit Hilfe von 3D-Oberflächenmessungen nachgewiesen, inwiefern die eingesetzten Vorbehandlungen eine Auswirkung auf die Rauheit der bedruckten Keramiken ausüben und die Haftung des Schichtverbundes beeinflussen. Ebenfalls wurde die Auswirkung einer unterschiedlichen Wärmebehandlung auf Härte, Schichtstruktur und Haftung der Nickel-Bor-Schichten analysiert. Hierfür wurden Röntgendiffraktometrie-Messungen und instrumentierte Eindringprüfungen vorgenommen. Mögliche Diffusionsvorgänge innerhalb der Grenzflächenschicht (Metallisierungspaste / Palladiumkeimschicht / Nickel-Bor-Schicht) wurden durch Rasterelektronenmikroskopie bewertet.

Die Prozesskette des Gesenkschmiedens wird ganz wesentlich durch die Stadienfolge bestimmt, in welcher die Art und Anzahl der notwendigen Umformschritte festgelegt wird. Die Annäherung der Ausgangsform an die Endform durch die Massevorverteilung ist gerade bei komplex geformten Bauteilen, wie dem Radträger, von großer Bedeutung. Die dazu erforderlichen Vorformoperationen haben einen entscheidenden Einfluss auf die Bauteilqualität, den Gratanteil, den Gesenkverschleiß, den Materialeinsatz und somit auf die Wirtschaftlichkeit des Fertigungsprozesses. Im Rahmen dieser Masterarbeit werden für das Gesenkschmieden von Radträgern aus Aluminiumknetlegierungen alternative Vorformoperationen für die Hirschvogel Aluminium GmbH entwickelt und deren Umsetzbarkeit in die Praxis bewertet. Dazu werden Masseverteilungsanalysen durchgeführt und die einzelnen Umformschritte mithilfe von FEM-Simulationen untersucht.

Die Herstellung von Bauteilen aus geschlossenzelligen Polyolefin-Partikelschäumen mittels des Formteilprozesses ist von einer Vielzahl an Einflussgrößen abhängig. Fehlende Erkenntnisse über Effekte und Zusammenhänge dieser Einflussgrößen begründen einen von hohen Ausschusszahlen und uneinheitlicher Prozessführung geprägten Prozess. Aus diesem Grund beschäftigt sich das im Rahmen dieses Projektes bearbeitete Thema mit der Entwicklung eines Prozessmodells zur Herstellung von Polyolefin-Partikelschäumen. Zu diesem Zweck wird zunächst ein theoretischer Überblick über das Schäumen von Kunststoffen, sowie den Formteilprozess gegeben. Im Anschluss wurde der Formteilprozess analysiert. Dabei wurden Prozess- und Materialparameter zusammengetragen und Zielgrößen zur Charakterisierung von Formteilen aus Partikelschäumen definiert. Anhand der aus der Prozessanalyse gewonnen Erkenntnisse wurde die Linearität der Zusammenhänge zwischen den Prozess- und Materialparametern und den Zielgrößen geklärt, sowie eine Wichtung der Prozess- und Materialparameter vorgenommen. Die relevanten Prozess- und Materialparameter wurden dann mit Hilfe eines statistischen Versuchsplans auf ihre Effekte und Wechselwirkungen auf die Zielgrößen untersucht, sodass im Anschluss für jede Zielgröße ein Prozessmodell entwickelt werden konnte. Mit Hilfe dieser Prozessmodelle ist es nunmehr möglich, Zielgrößenanpassungen und Parameterprognosen vorzunehmen.

Im Rahmen dieser Masterarbeit wurde das Bruchverhalten an verschiedenen Proben untersucht. Zu diesen gehörten patentiert gezogene Federstahldrähte und Schraubendruckfedern aus patentiert gezogenem und ölschlussvergütetem Federstahldraht. Die Drähte wurden dabei durch Zug- und Torsionsversuche und die Schraubendruckfedern durch Dauerschwingversuche bis zum Bruch belastet. Mittels Stereomikroskopie und Rasterelektronenmikroskopie wurden die Brüche auf ihre Bruchmerkmale untersucht und die Bruchursachen festgestellt. Vereinzelt wurden Röntgenanalyse (Röntgendiffraktogramme aufgenommen in Bragg-Brentano-Anordnung, Texturanalyse mittels Polfiguren, Eigenspannungsanalyse) oder Metallographie begleitend herangezogen. Grundsätzlich stand bei den Untersuchungen eine Erklärung der Unterschiede in den Festigkeitseigenschaften und des Bruchverhalten in Abhängigkeit einer variierenden Wärmebehandlung oder Federstahldrahtsorte im Vordergrund. Des Weiteren sollten Schraubendruckfedergruppen, die sich in dem Zeitpunkt einer Wärmebehandlung nach dem Kaltumformen zur Feder unterschieden, auf eventuell vorhandene Mikrorisse untersucht werden. In Bezug auf die patentiert gezogenen Federstahldrahte konnten deutlich erkennbare Unterschiede in Abhängigkeit einer vorangestellten Wärmebehandlung erkannt werden. Dabei wiesen Proben, die eine 10 bis 30 minütige Wärmebehandlung bei 200&ring; C erfuhren, die geringste Plastizität auf. Mit steigender Temperatur der Wärmebehandlung war allerdings wieder einer Zunahme dieser zu verzeichnen. Mit den verwendeten Untersuchungsmethoden konnten allerdings keine erklärenden Unterschiede zwischen den unterschiedlich wärmebehandelten Proben festgestellt werden. In Bezug auf die Schraubendruckfedern konnte der Längsfehlers (Ziehstruktur) am meisten beobachtetet werden. Ebenso waren zwischen den Brüchen der Schraubendruckfedern aus patentiert gezogenem und solchen aus ölschlussvergütetem Federstahldraht Unterschiede feststellbar. Nur in Bezug auf die Schraubendruckfedern aus patentiert gezogenen Federstahldrähten konnte allerdings ein deutlicher Bezug zur Wärmebehandlung festgestellt werden. Auf Grund von nicht auffindbaren Mikrorissen, konnte bei den Schraubendruckfedern kein Zusammenhang zwischen einem Auftreten von Mikrorissen und der Zeitspanne zwischen Kaltumformung und Wärmebehandlung beobachtet werden.

Neben der Energiegewinnung spielt die elektrische Energiespeicherung im Zuge des Ausbaus des Anteils Erneuerbarer Energien für die Stromversorgung in Deutschland und der sich entwickelnden Elektromobilität eine tragende Rolle. Für beide Anwendungen sind elektrochemische Speicher aufgrund ihrer vergleichsweise hohen Kompaktheit, Flexibilität und Leistungsfähigkeit besonders gut geeignet. Die Lithium-Ionen-Batterie ist ein Vertreter im Bereich elektrochemischer Energiespeicher, der diese Anforderungen besonders gut erfüllt. Durch den Einsatz und die Entwicklung kostengünstiger und effizienter Elektrodenmaterialien sowie einer großtechnischen Herstellungsweise kann dieses Speicherkonzept zukünftig eine entscheidende Rolle in der Entwicklung von Speichersystemen spielen. Zur Weiterentwicklung der Lithium-Ionen-Batterie soll in dieser Arbeit Silizium als aktives Elektrodenmaterial mit einer bis um den Faktor 11 höheren Speicherfähigkeit im Vergleich zum derzeit verwendeten kohlenstoffbasierten Material eingesetzt und untersucht werden. Die nachfolgende Masterarbeit ist in zwei Versuchsteile gegliedert. Im ersten Versuchsteil liegt der Schwerpunkt zunächst auf der Charakterisierung des eingesetzten Silizium-Rohmaterials. Darauf folgen die Verarbeitung des Materials sowie die Entwicklung von Elektrodenpasten bestehend aus Graphit (als Referenz) und Silizium. Hierbei wird das Silizium Rohmaterial mit ausgewählten Bindemitteln vermischt und dahingehend optimiert, dass eine großflächige Beschichtung mittels Rakelverfahren möglich wird. Für die Herstellung der Pastensysteme werden verschiedene Bindemittel verwendet. In einem zweiten Versuchsteil erfolgt letztlich die Evaluation der Beschichtungsergebnisse in Verbindung mit der elektrischen Charakterisierung der prozessierten Elektroden. Hierzu werden die hergestellten Elektroden in Testzellen verbaut und zykliert. Dabei werden die Fertigungsschritte des Zellbaus sowie das Vorgehen bei der Zyklierung im Einzelnen vorgestellt. Abschließend werden die erzielten Ergebnisse vergleichend diskutiert und ein Ausblick für zukünftige Forschungsarbeiten gegeben. Als Resultat der Elektrodenherstellung und der angestellten Optimierungsmaßnahmen können Graphit-Elektroden mit Kapazitäten von 338 mAh/g (1. Zyklus) bzw. 232 mAh/g (nach 40. Zyklen) mit einem energetischen Wirkungsgrad von bis zu [eta]_Wh= 96,1 % sowie mit einer Coulomb-Effizienz von bis zu [eta]_Ah= 99,8 % erzielt werden. Darüber hinaus erreichen die entwickelten Silizium-Elektroden nutzbare Kapazitäten von bis zu 1965 mAh/g bei einem energetischen Wirkungsgrad von [eta]_Wh= 88,78 % und einer Coulomb-Effizienz von [eta]_Ah= 90,3 %.

Die steigenden Anforderungen hinsichtlich Wirtschaftlichkeit, Umweltverträglichkeit, Kraftstoffverbrauch und die anspruchsvollen Kundenanforderungen verlangen von den Automobilherstellern ein hohes Maß an Flexibilität. Um dabei wettbewerbsfähig zu bleiben, sind innovative Konzepte mit immer effizienteren und leistungsfähigeren Produkten notwendig. Diese Anforderungen bestimmen die gesamte Automobilbranche. Dies wird gerade auch in dem Bereich der Anhängerentwicklung deutlich. Aus diesem Grund heraus wurde ein Anhänger entwickelt der die Anforderungen im besten Maße erfüllen soll. Dazu wurde die Konstruktion eines vollständig absenkbaren Anhängers angestrebt, um die Ergonomie bei dem Be- und Entladen zu verbessern. Mit Hilfe von Produkt- und Werkstoffanalysen, wurden die speziellen Anforderungen für die Konstruktion ermittelt. Anschließend wurden durch Festigkeitsberechnungen und FEM-Analysen ein funktionsfähiges Konzept entwickelt und umgesetzt.

Faserverbundwerkstoffe bieten durch ihre guten mechanischen Eigenschaften bei niedriger Dichte, die freie Formgestaltung oder der hohen Korrosionsbeständigkeit charakteristische Vorteile gegenüber anderen Werkstoffen. Ein Einsatz in der automobilen Serienproduktion wird bislang durch hohe Material- und Produktionskosten sowie langen Zykluszeiten zur Herstellung komplexer Bauteilgeometrien verhindert. Durch das RTM-Verfahren können Faserverbundbauteile in großen Stückzahlen hergestellt werden. Einen Teilprozess stellt die Fertigung einer eigensteifen, endkonturnahen Verstärkungsfaserstruktur, das Preforming, dar. Dabei verursachen ungünstige Einflussfaktoren auf den Fertigungsprozess Schädigungen an der Preform. Inhalt dieser Arbeit ist die Analyse von zwei Materialführungssystemen auf das Drapierergebnis von Kohlefaserhalbzeugen. Dabei wird zum einen die Auswirkung von Lagenanregung durch Schwingungen auf das Halbzeuginteraktionsverhalten und die damit verbundene Ausbildung von Fehlstellen untersucht. Zudem wird durch die Entwicklung von aktiven Zwischenblechen, mit denen der Materialfluss während der Drapierung gesteuert werden kann, eine Methode für ein lagenspezifisches Einlaufverhalten bei Mehrlagendrapierung generiert. Durch die Inbetriebnahme einer Vorheizstation wird ein vorhandener Prüfstand erweitert und die Auswirkung der veränderten Halbzeugerwärmung auf die Formtreue der Preform analysiert. Ziel dieser Prozessänderung ist die Reduzierung der Zykluszeit auf eine für die industrielle Serienproduktion annehmbare Taktzeit bei Bewertung der erreichbaren Preformqualität. Die Materialführungssysteme mit positivem Einfluss auf das Preformergebnis einfacher Bauteilgeometrien werden auf die Realgeometrie eines Lampentopfs übertragen. Anhand dieser komplexen Geometrie erfolgt eine Verifizierung der Materialführungsstrategien. Zusätzlich wird durch die erlangten Erkenntnisse eine Methodik zur Umsetzung der Maßnahmen an ähnlichen Bauteilen erstellt.

Die vorliegende Masterarbeit befasst sich mit der Konzipierung und Umsetzung eines Prüfstandes für luftgelagerte Antriebskomponenten. Dieser Prüfstand spiegelt eine Nachbildung einer Transversalflussreluktanzmaschine wider und dient der Untersuchung der Leistungsfähigkeit einer Luftlagerung für die Rotorkomponenten. Transversalflussreluktanzmaschinen stellen eine besondere Art von Elektromotoren dar, welche sich durch eine innerhalb eines Stators rotierende Scheibe auszeichnen. Entscheidend bei dieser Motorbauart ist der Luftspalt zwischen Rotorscheibe und Stator. Je kleiner der Luftspalt realisiert werden kann, desto größer ist der Wirkungsgrad und das Drehmoment des Antriebes. Bisher wurde die Lagerung des Rotors von Transversalflussreluktanzmaschinen mit Hilfe konventioneller Wälzlagertechnik ausgeführt. Diese wird durch eine Luftlagerung ersetzt. Ergebnisse der Arbeit sind der funktionsfähige Prüfstand und die Bewertung der Luftlagerungstechnologie der Rotorscheibe für Transversalflussreluktanzmaschinen basierend auf der Grundlage durchgeführter Versuche.

In der vorliegenden Arbeit werden Hybridverbunde aus Kohlefaserverstärktem Kunststoff und Aluminiumschaum unter dem Aspekt der Herstellbarkeit im Resin Transfer Molding Verfahren beleuchtet. Dazu werden in einem ersten Schritt Optimierungen des Fertigungsprozesses erarbeitet, welche eine hochwertige und vor allem reproduzierbare Bauteilqualität ermöglichen sollen. Dies wird im Rahmen von Vorversuchen durchgeführt. Aufbauend darauf werden Konzepte zur Minimierung der während der Fertigung auftretenden Harzpenetration des Aluminiumschaums entwickelt und umgesetzt. Weiterhin steht der für die genannte Materialkombination problematische Effekt der Kontaktkorrosion im Fokus. Durch Anwendung geeigneter Gegenmaßnahmen ist eine Vermeidung der genannten Korrosionserscheinung möglich. Die bisher für allgemeine Hybridverbunde angewandten Berechnungsmodelle sind hinsichtlich ihrer Zuverlässigkeit für Verbundkörper aus Kohlefaserverstärktem Kunststoff und Aluminiumschaum zu untersuchen und validieren. Dazu werden ausgehend von einem Prüfplan verschiedene Demonstratorbauteile gefertigt, daraus geeignete Probenkörper entnommen und diese mittels 3-Punkt-Biegung zu prüfen. Zur Beurteilung möglicher Korrosionserscheinungen sind Teile der Probenkörper vor der mechanischen Prüfung einer definierten Klimabehandlung zu unterziehen. Anhand der Versuchsergebnisse können Aussagen über die Realitätsnähe der berechneten mechanischen Eigenschaften getroffen werden.

Mit Hilfe der Nanoxerografie wird die Abscheidung metallischer Partikel auf einem Silizium-Substrat und deren Selbst-Assemblierung ermöglicht, so dass in der Folge verschiedenartige Strukturen auf der Waferoberfläche entstehen können. Das Ziel ist dabei die Umsetzung der Forschungsergebnisse zur Generierung neuer Anwendungsfelder im Rahmen der Halbleiterindustrie, wobei die Vereinfachung und Verbesserung von Prozessschritten und zukünftigen Produkten angestrebt wird. Neben den theoretischen Grundlagen in den Bereichen Selbst-Assemblierung, physikalische Kräfte auf molekularer Ebene und Plasmaentladung werden die genutzten Verfahren zur Durchführung und Analyse sämtlicher Experimente dargelegt. Dazu zählen u. a. die Rasterelektronenmikroskopie und die Auger-Elektronen-Spektroskopie. Anschließend erfolgt die Auswertung der einzelnen Versuchsreihen mit einer Evaluierung der Resultate und der Bestimmung geeigneter und weniger geeigneter Prozessfenster. Zu diesem Zweck wurden einige wesentliche Parameter variiert, so dass diverse Trägergase, Gasflüsse und Metalle zum Einsatz kamen.

Die Herstellung von CFK-Wassertanks für die Anwendung in der Luftfahrt erfolgt bisher durch das Aufbringen eines Folienliners auf einen metallischen Wickelkern und der anschließenden Bewickelung mit in Epoxidharz getränkten Kohlenstofffasern. Nachteil dieses Verfahrens ist das erforderliche Trennen des CFK-Verbunds, um den Wickelkern zu entfernen. Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung eines innovativen Konzepts, bei welchem der metallische Wickelkern im Fertigungsprozess durch einen selbsttragenden, thermoplastischen Liner ersetzt wird. Dieser verbleibt im Wassertank und macht dadurch das Trennen des CFK-Verbunds überflüssig. Aus der Analyse bestehender Wassertanks und deren Herstellungsverfahren wird ein Lastenheft für das neue Konzept abgeleitet. Unter Berücksichtigung technischer und wirtschaftlicher Aspekte kann ein geeignetes Fertigungsverfahren zur Linerherstellung identifiziert werden. Auf Basis der Anwendungsanforderungen und der fertigungstechnischen Randbedingungen wird die Eignung alternativer CFK-Ausgangsmaterialien untersucht und eine Vorauswahl möglicher Linerwerkstoffe getroffen. Zur Evaluation eines Linerwerkstoffs und der finalen Auswahl dient der Vergleich von Funktionsprototypen. Ein Linerprototyp aus dem ausgewählten Werkstoff wird zur Validierung des Konzepts in einem Wickelversuch bewickelt. Ein erster Tankprototyp kann durch diesen Versuch dargestellt sowie entscheidende Prozessparameter ermittelt werden. Die zuverlässige Anbindung des CFK-Verbunds am thermoplastischen Liner erfordert die Aktivierung dessen Oberfläche. Anhand von Zug- und Schälversuchen an CFK-Prüfkörpern wird dafür ein geeignetes Oberflächenaktivierungsverfahren definiert. Der Vergleich des neu entwickelten mit dem bestehenden Tankkonzept hinsichtlich Gewicht, Herstellungskosten und -zeit bildet den Abschluss der Arbeit.

Diese Masterarbeit beschäftigt sich mit der Strukturierung und Kontaktierung einer multikristallinen Siliziumdünnschichtsolarzelle mittels Lithografie, nasschemischen Ätzen und Metallisierung. Es wird nur eine, sich wiederverwendende Schutzlackschicht, für Strukturierung und Kontaktierung umgesetzt. Die vollständig Rückseiten kontaktierte Solarzelle wird hinsichtlich der Leitungsverluste in den Kontakten und dem Absorber optimiert und die aktive Solarzellfläche vergrößert. Das Kontaktschema wird auf drei verschiedenen Varianten der multikristallinen Siliziumdünnschichtsolarzelle umgesetzt.

Im Rahmen dieser Masterarbeit wird die Widerstandspunktschweißklebbarkeit sowie die Elektrodenkappenstandmenge und Prozessfähigkeit verschiedener Materialpaarungen der 5xxxer und 6xxxer Aluminiumknetlegierungsserien analysiert. Im ersten Abschnitt der Arbeit werden nach den durchgeführten Widerstandspunktschweißungen die Schweißbarkeit verschiedener zuvor ausgewählter Materialpaarungen anhand der ausgeknöpften Blechpaarung, makroskopischen Schliffbildern und durchgeführten Zugversuchen charakterisiert. Dabei liegen die Untersuchungsschwerpunkte auf den Schweißpunktdurchmessern, der Zugfestigkeit der Schweißpunkte mit und ohne Klebstoff und der kritischen Prozessfähigkeit in Relation zu den zuvor definierten Mindestschweißpunktdurchmessern. Der zweite Abschnitt behandelt das Elektrodenkappenstandmengenverhalten sowie mögliche Optimierungsmaßnahmen zur Erhöhung des Standmengenverhaltens. Dabei wird das Anlegieren der Elektrodenkappen auf der Blechoberfläche untersucht. Der Fokus liegt hierbei auf dem Erhöhen der Elektrodenkappenstandmenge mittels Variation der Elektrodenkappengeometrie und Anwendung eines neu entwickelten Softwarepakets zur rotatorischen Zangendrehbewegung. Im dritten Abschnitt wird eine mögliche Optimierungsmaßnahme hinsichtlich der Prozessfähigkeit untersucht. Dabei dient die Standardabweichung als Vergleichsparameter. Der Schwerpunkt liegt hierbei auf der Generierung eines reproduzierbaren Schweißlinsendurchmessers mittels eines adaptiven Schweißstromreglers für Aluminium. Hinsichtlich der Schweißbarkeit hat sich gezeigt, dass diese von der Gesamtblechdicke der Materialpaarung sowie der Homogenität der Konversionsbeschichtung abhängt. Die Elektrodenkappenstandmenge ist stark von der Oxidschichtdicke abhängig. Dabei ist auf eine homogene Konversionsschicht zu achten. Des Weiteren kann eine höhere Standmenge durch die Reduzierung der Stromdichte realisiert werden. Dies ist durch die Vergrößerung der Elektrodenkappenradien und Elektrodenkappendurchmesser möglich. Hierfür ist eine Anlagentechnik, welche größere Elektrodenkräfte aufbringt zu verwenden. Durch die Anwendung einer rotatorischen Schweißzangendrehbewegung während des Schweißprozesses lässt sich die Elektrodenkappenstandmenge erhöhen. Die Prozessfähigkeit ließ sich anhand des adaptiven Schweißstromreglers für Aluminium nicht verbessert werden.

Die Beschichtung von Düsennadeln unterliegt der ständigen Qualitätskontrolle. Eine Möglichkeit Schichtdicken zu messen ist die Glimmentladungsspektroskopie. Es wurde eine Methode entwickelt, mit der die Schichtelemente quantitativ über der Tiefe dargestellt werden. Dafür wurde der vorhandene Probenhalter verändert. Die Lage der Probe führte zu einer Verbesserung des Messprozesses. Negativ wirkende Einflüsse wurden reduziert. Durch die Veränderungen im Prozess wurde die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse erzielt. Sie wurden mit den bisherigen Methoden Infrarotspektroskopie, Röntgenfluoreszenzanalyse und Kalottenschliff verglichen. Die gemessenen Schichtdicken sind bei allen Methoden gleich, so dass die Glimmentladung mit der entwickelten Messmethode und dem Probenhalter als zuverlässiges Messmittel eingesetzt wird.

Die energetische Betrachtung der Kunststoffproduktion wird mit den steigenden Energiepreisen immer wichtiger. Um Kunststoffe effizient verarbeiten zu können, müssen optimale Prozessparameter eingestellt werden. Die Vorgänge in Fertigungsmaschinen werden daher erforscht, um diese Parameter zu finden. Diese Arbeit baut auf den Ergebnissen von SCHNEIDMADEL [Sch13] auf, um die Energiebilanz der Einzugszone eines fördersteifen Extruders zu untersuchen. In einer intensiven Literaturrecherche wurden bestehende Modelle zur Beschreibung der Vorgänge in Einschneckenextrudern analysiert und verglichen. Nachdem benötigte Materialeigenschaften ermittelt wurden, wurden die Modelle in Versuchen am Extruder geprüft. Zu diesem Zweck wurde ein fördersteifer Extruder mit SCHNEIDMADELs Feststoffdrossel auf die Einzugszone verkürzt. Die Ergebnisse der Versuche zeigen, dass Modelle zur Durchsatzkalkulation verifiziert werden können. Zur Kalkulation der dissipativen Leistung in der Einzugszone wird ein neues Modell vorgestellt, dass die Energiebilanzgleichung von SCHNEIDMADEL vervollständigt.

Faserverbundkunststoffe sind vielseitig einsetzbare Werkstoffe, deren elektrische Eigenschaften im Gegensatz zu dem mechanischen Verhalten bislang wenig betrachtet werden. Die vorliegende Masterarbeit beinhaltet Untersuchungen des elektrischen sowie elektromagnetischen Verhaltens von Carbonfaserverstärkten Kunststoffen. Explizit werden Messungen hinsichtlich der elektrischen Leitfähigkeit und der Schirmwirkung im magnetischen Nahfeld durchgeführt. Für die Leitfähigkeitsbestimmung wurde ein Messaufbau konzipiert und umgesetzt. Zudem werden Optimierungen der elektrischen Eigenschaften auf Halbzeugebene untersucht. Abschließend erfolgt eine Beurteilung der vorherrschenden Berechnungsgrundlagen für die elektrische Leitfähigkeit von Faserverbundkunststoffen.

Supraleitende Niobnitrid (NbNx) Dünnschichten wurden mittels plasmagestützter Atomlagenabscheidung (PEALD) unter der Verwendung des metal-organischen Precursors Tert-Butylimino-Tris(Di-Ethylamino)Niob (TBTDEN) und Wasserstoffplasma abgeschieden. Die Sprungtemperatur (TC) und der spezifische Widerstand wurden mittels Vierspitzenmessung gemessen. Durch Rutherfordsche Rückstreuspektrometrie (RBS) und Röntgendiffraktometrie (XRD) wurden die Zusammensetzung und die kristallografischen Eigenschaften der abgeschiedenen Schichten untersucht. Der Beschichtungsprozess wurde hinsichtlich eines niedrigen spezifischen Widerstandes sowie einer hohen Sprungtemperatur hin optimiert. Eine Sprungtemperatur von 14 K sowie ein spezifischer Widerstand von 2,5 [my] [Omega]m wurde erreicht. Anfänglich wurde eine hohe Konzentration von Sauerstoff in den Schichten detektiert. Durch eine geeignete Parameterwahl insbesondere bei den Plasmaparameter konnte die Sauerstoffkonzentration von anfänglich 57 Atomprozent (at.%) auf 11 at.% verringert werden. Der Einfluss der Schichtdicke auf die elektrischen Eigenschaften wurde auf verschiedenen Substraten untersucht. Als Substrate wurden Silizium mit nativem Oxid, Silizium mit 200 nm thermisches Oxid, Saphir und poliertes Magnesiumoxid verwendet. Die analysierten Schichtdicken reichen von 3,5 nm bis 60 nm und zeigten Sprungtemperaturen von 6,2 K bis 14 K. Dabei wurden die höchsten Sprungtemperaturen auf Saphir und die geringsten auf Magnesiumoxid gemessen. Aufgrund eines neuen Pumpensystems konnte der Sauerstoffgehalt in den Schichten weiter auf 5 at.% reduziert werden. Die Schichtzusammensetzung ist somit Nb63N32O5. XRD Messungen zeigten die Abscheidung von polykristallinem Niobnitrid sowie von monokristallinem Nioboxid. Daraus ergibt sich eine verringerte effektive Schichtdicke für den supraleitenden Bereich. Wegen der herausragenden Schichtdickenkontrolle und der hohen Sprungtemperatur sind diese Schichten sehr gut für die Anwendung im Bereich supraleitender Elektronik und Sensoranwendungen geeignet.

Diese Arbeit beschäftigt sich mit Herstellung und Charakterisierung von Poly(3,4-ethylendioxylthiophen) (PEDOT)-Schichten. In dieser Arbeit wurden die PEDOT-Schichten durch Chronopotentiometrie (CP) in wässeriger Lösung bzw. in Acetonitril-Lösung und in ionischer Flüssigkeiten abgeschieden. Anschließend wurde der Memory-Effekt der PEDOT-Schicht mit Cyclovoltammetrie (CV) untersucht. Ebenfalls wurden durch eine In-situ Analyse mit elektrochemischer Quarzmikrowaage (EQCM) und Ex-situ Analyse mit Rasterelektronenmikroskop (REM), die Eigenschaften der PEDOT-Schichten mit PTFE- oder Diamant-Partikeln analysiert. Es wurde festgestellt, dass in ionischen Flüssigkeiten und ionischen Flüssigkeiten: Acetonitril Mischungen kein Memory-Effekt von PEDOT-Schichten auftritt. Außerdem wurde in dieser Masterthesis herausgefunden, dass durch die Präsenz der Partikel in der PEDOT-Schicht, die Eigenschaften der Schichten beeinflusst werden könnten.

Diese Arbeit befasst sich mit der Identifizierung und Reduzierung produktionshemmender Faktoren in Prozessketten zur wirtschaftlichen Herstellung von Strukturen aus faserverstärktem Kunststoff (FVK). Hierbei werden die Prozessketten dreier möglicher Verfahren zur Herstellung von FVK-Strukturen betrachtet. Die zu untersuchenden Verfahren sind: das Vakuuminfusionsverfahren, das Resin Transfer Moulding und die Organoblechherstellung. Zuerst werden die Prozessketten der Verfahren analysiert und prozesshemmende Faktoren identifiziert. Des Weiteren werden aus den Prozessen heraus, wichtige Parameter bzw. technisch-wirtschaftliche Kennzahlen für die Analyse ermittelt. Danach sollen die prozesshemmenden Faktoren eliminiert und optimierte Prozessketten ausgearbeitet werden. Abschließend soll ein Vergleich der ursprünglichen mit den optimierten Prozessketten auf Grundlage der technisch-wirtschaftlichen Kennzahlen erfolgen und dabei die optimalste Prozesskette herausgearbeitet werden.

In dieser Arbeit wurde die Möglichkeit der Herstellung von dünnen Titan-Cobalt-substituierten Bariumhexaferrit-Schichten mittels HF-co-Sputterns untersucht. Unterschiedliche Substitutionsgehalte wurden erzeugt, um eine kristalline Struktur BaFe12-x-yTixCoyO19 zu realisieren. Die Schichten wurden auf Aluminiumoxid- und LTCC- (low temperature co-fired ceramic) Substraten abgeschieden. Die chemische Zusammensetzung der Schichten wurde mittels EDX und ICP-OES ermittelt. Die Morphologie der Oberfläche der Schichten vor und nach einer Wärmebehandlung wurde am REM analysiert. Die Ausbildung unterschiedlicher Phasen wurde mit XRD beobachtet, in Abhängigkeit von dem Substitutionsgehalt, dem verwendeten Substrat und den Parametern der Wärmebehandlung. Die magnetischen und elektromagnetischen Eigenschaften wurden charakterisiert mittels VSM und Bestimmung der S-Parameter in Abhängigkeit von der Frequenz. In dieser Arbeit konnten Ti-substituierte Bariumhexaferrit Schichten auf Aluminiumoxid-Substraten mit unterschiedlichen Substitutionsgehalten mittels HF-co-Sputtern und anschließender Wärmebehandlung erzeugt werden. Die Co-Konzentration fiel geringer aus, als nach den Voruntersuchungen erwartet. Die statischen magnetischen Eigenschaften werden durch die Schichtdicke beeinflusst. Die magnetische Remanenz fällt und die Koerzitivfeldstärke steigt bei geringerer Schichtdicke. Die auf LTCC abgeschiedenen Schichten kristallisieren bei gleichen Prozessparametern nicht zu reinem Bariumhexaferrit. Die nicht substituierte Schicht bildet bei einer Wärmebehandlung (900 &ring;C für 30 min) neben Bariumhexaferrit eine Hämatitphase aus. Um den Einfluss des Substratmaterials auf das Kristallisationsverhalten zu untersuchen, sollten in-situ Hochtemperatur XRD Studien durchgeführt werden.

Fotostrukturierbare Gläser erlauben die Herstellung optisch transparenter Mikrosysteme für verschiedene Anwendungen mittels Lithografie im Maskaligner. Die Anwendungsmöglichkeiten reichen von Mikrofluidikkanälen für Lab-on-a-Chip-Anwendungen bis hin zu mehrschichtig aufgebauten, dreidimensionalen Bauteilen. Ein Vertreter letzterer Gruppe ist ein Aerosol-Druckkopf, der zur in-situ Untersuchung der Aerosolbildung optisch transparente Seitenwände benötigt. Die vorliegende Arbeit untersucht im Hinblick auf diese Anwendung Möglichkeiten, die Transparenz der Seitenwände fotostrukturierter Glasbauteile aus FS21, einem fotostrukturierbaren Glas, zu steigern. Bei der Fotostrukturierung entstehen prozessinhärent Rauheiten auf ausgezeichneten Glasoberflächen. Um die Bauteile optisch nutzen zu können müssen daher diese Rauheiten beseitigt, und die Oberflächen geglättet werden. Zu diesem Zweck werden verschiedene in der Literatur beschriebene Methoden zum Glätten von Glasoberflächen diskutiert und evaluiert. Anschließend wird ein nasschemischer Ätzprozess mit Flusssäure vorgeschlagen, der zum Glätten von Glasoberflächen eingesetzt werden kann. Dazu wird der Ätzangriff der Ätzlösung durch eine Strömung anisotrop gestaltet. Die praktische Umsetzung und Evaluierung des Prozesses schließen diese Arbeit ab. Es werden Glättungseffekte um bis zu 25% für Ra, sowie 65% für Rz und 38% für Rt erzielt.

Undotierte sowie aluminiumdotierte Zinkoxid-Schichten (ZnO und ZnO:Al) wurden mit einer Rezeptstruktur nach dem Vorbild der Atomlagenabscheidung (ALD) in einer Anlage für metallorganische Gasphasenprozesse (MOCVD) auf Glas- und Saphirproben hergestellt. Die strukturellen, stöchiometrischen, optischen und elektrischen Eigenschaften der Schichten wurden in Abhängigkeit zum Aluminiumgehalt von 0 at.% bis 5 at.%, zur ALD-Superkreisanzahl von 10 bis 40 und zur Wachstumstemperatur von 200 &ring;C bis 225 &ring;C untersucht. Zur Abschätzung der Qualität und Zweckmäßigkeit des neuartigen Wachstumprozesses der Schichten erfolgte ein umfassender Vergleich mit etablierten Herstellungsverfahren. Für einen Aluminiumgehalt von 2% und einer Wachstumstemperatur von 225 &ring;C ergaben sich die besten Eigenschaften für eine optoelektronische Anwendung der selbst gewachsenen ZnO:Al-Schichten mit einem spezifischen Widerstand von 1,6*10E-3 [Omega]cm, einer effektiven Nettodotierung von 2,6*10E20 cm -3 einer Mobilität von 15,2 cm^2 /Vs und einer Transmission über 80%. Die Beschichtung von dreidimensionalen III-V Halbleiterstrukturen mit ZnO:Al als Frontkontakt stand ebenfalls im Fokus dieser Arbeit. Die Untersuchung des dreidimensionalen Schichtwachstums mit einem Hinterschnittexperiment zeigte eine porenfreie und homogene Benetzung der gesamten strukturierten Oberfläche sowie eine Winkeltreue der ZnO:Al-Schichten von 0,74. Weitere Abscheidungen auf schwarzem Silizium und auf Nanodrähten aus Galliumarsenid weisen in den Bildern der Rasterelektronenmikroskopie ein erfolgreiches dreidimensionales Wachstum auf, was die Nutzung der ZnO:Al-Schichten als Frontkontakt bestätigt.

In dieser Arbeit wird die Umsetzung mikromechanischer binärer Zählmechanismen untersucht. Vorab werden bestehende dekadische Zählmechanismen und Demonstratoren binärer Zähler betrachtet. Ein binärer Zähler besteht im Allgemeinen aus einer Reihe geeignet verkoppelter bistabiler Elemente, deren Lage jeweils den Zustand 0 oder 1 verkörpert. Für die Umsetzung neuer Mechanismen gibt es drei prinzipielle Varianten des Krafteintrags: mehrere aufeinander folgende Kraftangriffspunkte, ein paralleler Kraftangriff und eine serielle Kraftübertragung. Für diese werden verschiedene Funktionsprinzipen entworfen, die entsprechend der Restriktionen im Design von MEMS (mikroelektromechanischen Systemen) als ebene Mechanismen umgesetzt werden können. Dabei wird zusätzlich auf eine einfache elektrische Auslesbarkeit des Zählerstands mittels piezoresistiver Elemente geachtet. Nach einem Vergleich aller technischer Prinzipe werden drei ausgewählt und in Systemen mit einem bis vier Bits realisiert. In der Dimensionierung wird zunächst die Kinematik der einzelnen Funktionselemente der Systeme festgelegt. Dann werden anhand statischer Modelle für die verwendeten Federbalken und die auftretenden Reibkontakte geeignete Federführungen bestimmt. Die dimensionierten Systeme werden in ein konkretes Maskendesign für die Lithographie überführt und in SOI-Technologie (silicon on insulator) gefertigt. Zur Charakterisierung der Mechanismen wird zum einen mit eingeprägtem Weg ihre Funktion beobachtet und optisch analysiert, zum anderen mit eingeprägter Kraft der Verlauf der Schaltkräfte und -energien ermittelt. Ein realisierter Mechanismus mit fortlaufendem Kraftangriff und einer mit serieller Kraftübertragung erfüllen die Anforderungen; sie stellen funktionsfähige binäre Zählmechanismen dar.

Diese Masterthesis befasst mit der Entwicklung und Optimierung einer modularen Teilstruktur für eine neuartige PKW - Leichtbaukarosserie. Die Integration von Bauteilen des Fahrzeugs in die Montageeinheit zum Zwecke einer Produktivitätssteigerung im Herstellprozess wird geprüft und verbessert. Verschiedene Varianten und Bauweisen werden untersucht, in Catia V5 konstruiert und miteinander verglichen. Über die Simulation von dynamischen und statischen Lasten werden Optimierungen vorgenommen. Die Eignung verschiedener Materialien und Fügetechniken wird geprüft und in die Bauteilgestaltung miteinbezogen. Die Ergebnisse werden im Benchmark mit einer aktuellen Serienkarosserie verglichen.

Untersuchungen der Grenzflächen zwischen Silizium und Passivierschichtsystemen durch die Kapazitäts-Spannungs-Messmethode (CV-Methode) unter Zuhilfenahme der konstanten-Spannungs-Stress-Methode (CVS-Methode) sind zum Verständnis der physikalischen, strukturellen und elektronischen Eigenschaften von Halbleiterbauelementen notwendig. Als Modelsystem für hocheffiziente Halbleiterbauelemente fungiert hierbei ein Stapelschichtsystem aus PECVD-abgeschiedenen Siliziumnitrid (a-SiNx:H) und Aluminiumoxid (a-AlOx) sowie einem nasschemisch hergestelltes Siliziumoxid (a-SiOx). Jede der enthaltenen Passivierschichten aus diesem System wird separat in eine MIS-Struktur integriert und hinsichtlich ihrer dielektrischen Eigenschaften und Passiviereigenschaften untersucht. Die Ergebnisse der Einzelschichtuntersuchungen werden mit denen des Stapelschichtsystems bezüglich der festen Oxidladung QF, der gefangenen Oxidladungen Qot und der Grenzflächendefektdichte Dit verglichen. Weiterhin werden Siliziumnitrid, Aluminiumoxid und das Stapelschichtsystem bezüglich Ladungs- und Defektveränderungen durch elektrische Belastungen untersucht.

Diese Arbeit behandelt die Entwicklung und Analyse eines Prozesses zur Förderung und Trennung eines Partikelgemisches mit Hilfe der Diskreten Elemente Methode. Ziel ist die Erarbeitung eines Bewertungskonzeptes für den neuartigen Prozess. Die Ergebnisse dienen der Steigerung des Prozessverständnisses und als Basis zur Bewertung späterer Optimierungsmaßnahmen. Darüber hinaus wird der Einfluss ausgesuchter Simulationsparameter auf die Effizienz der Simulation analysiert und bewertet.

Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung neuer Anlagentechnik für das Multilayerspritzblasen und die Bewertung der technisch wirtschaftlichen Komplexität. Dabei wird der momentan verwendete Monolayerspritzblasprozess in einen Multilayerprozess überführt und daraufhin eine angepasste Maschinentechnik zur Herstellung von Mehrschichtbehältern erarbeitet. Der erste Schwerpunkt liegt in der Recherche zum Stand der Technik für das Monolayerspritzblasen. Hauptbestandteil ist hier die Ermittlung üblicher Konzepte und Maschinentechniken. Insbesondere wird auf die verfahrenstechnischen Randbedingungen geachtet, wie z.B. Temperaturen, Prozesszeiten und Drücke. Außerdem wird der Verfahrensschritt der thermischen Konditionierung genauer betrachtet. Dafür werden Versuche an einem Prüfstand vorgenommen, welche die Prozessparameter in Vorbereitung auf und während des Blasprozess untersuchen. Die Ergebnisse bilden die Grundlage für eine Nachbildung des Spritzblasprozesses in einer thermischen Simulation. Weiterhin werden Messungen an einer laufenden Spritzblasmaschine vorgenommen und mit den Ergebnissen der Simulation verglichen. Auf Basis der ermittelten verfahrenstechnischen Randbedingungen werden Konzepte zur Optimierung des Prozesses für Multilayerflaschen erarbeitet, welche anschließend vergleichend bewertet werden. Die Bewertung soll dabei technische und wirtschaftliche Aspekte betrachten. Nachfolgend werden aus den Konzepten technische Prinzipe entwickelt, die ebenfalls vergleichend bewertet werden. Abschließend wird eine Variante weiter eingegrenzt um eine Gegenüberstellung mit einer handelsüblichen Monolayermaschine hinsichtlich der technisch wirtschaftlichen Komplexität anzustellen.

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Homogenisierung von endlosfaserverstärkten Thermoplasten. Durch ihre hohe spezifische Festigkeit werden sie in der Automobilindustrie für den Leichtbau als Konstruktionswerkstoffe genutzt. In den Grundlagen werden die verschiedenen Möglichkeiten, welche die Standardhomogenisierungen bieten erläutert. Zur Homogenisierung werden verschiedene Methoden genutzt, wobei das Hauptaugenmerk auf der Homogenisierung mittels der Software DIGIMAT der Firma e-Xstream liegt. Die ersten Schritte der Arbeit sind die Analyse des mechanischen Verhaltens der Faserverbundkunststoffe an Hand von Biegeversuchen und Zugversuchen. Diese Versuchsergebnisse wurden mit analytischen Modellen abgeglichen, um eine Eingrenzung der Modelle vorzunehmen, die für eine analytische Homogenisierung von endlosfaserverstärkten Kunststoffen geeignet sind. Weiterhin werden die ermittelten Kennwerte genutzt, um die Materialmodelle an Hand einfacher uniaxialer Beanspruchungen im ANSYS Workbench zu evaluieren. Nachdem diese Voruntersuchungen abgeschlossen sind, wird ein Strukturbauteil genutzt, die Gültigkeit der Modelle bei einer komplexen zusammengesetzten Beanspruchung zu testen. Die Durchführung von Realbauteilversuchen und die anschließende Implementierung des Versuchsaufbaues in die Simulation dienen zur Abschätzung der Streuung des Steifigkeitsverhaltens der verschiedenen Materialmodelle bei komplexen Belastungen. An Hand der Versuchs- und Simulationsergebnisse werden die verschiedenen Materialmodelle miteinander verglichen und eine Einordung ihrer Tauglichkeit hinsichtlich von wirtschaftliche und technischen Gesichtspunkten. Am Ende der Arbeit steht eine Hierarchisierung der Modelle an Hand von verschiedenen Bewertungskriterien.

Viele Bauteile und Produkte werden zum Zweck der Identifizierung oder Rückverfolgbarkeit beschriftet. Es gibt eine Vielzahl von unterschiedlichen Verfahren zur Kennzeichnung. Mit der Einführung von effizienten diodengepumpten Lasersystemen und der Weiterentwicklung der elektronischen Datenverarbeitung hat sich die Laserbeschriftung als günstiges, zuverlässiges und flexibles Verfahren auf dem Markt etabliert. Eine Art der Lasermarkierung ist die Anlassbeschriftung von Edelstählen. Beim Anlassen kommt es durch lokale Erwärmung der Werkstoffoberfläche zur Bildung einer farbig erscheinenden Oxidschicht. Gegenüber dem Grundmaterial weist die Anlassbeschriftung jedoch eine erhöhte Korrosionsanfälligkeit auf. Im Hinblick auf die Rückverfolgbarkeit stellen die schlechte Haltbarkeit der Markierung und der damit verbundene Kontrastverlust ein großes Problem dar. Im Rahmen der Masterarbeit wird die Laseranlassbeschriftung auf Edelstählen (1.4021 und 1.4301) hinsichtlich ihrer Korrosionsbeständigkeit und Haltbarkeit optimiert. Der Schwerpunkt liegt in der Durchführung einer umfangreichen Parameterstudie mit verschiedenen Strahlquellen und der Charakterisierung des Korrosionsverhaltens und der Passivierbarkeit. Durch eine Analyse der Oxidschichten mittels EDX und XRD sollen weitere Erkenntnisse über die Zusammensetzung und Struktur der Beschriftungen gewonnen werden. Die Untersuchungen haben gezeigt, dass die Haltbarkeit der Beschriftungen insbesondere durch ein homogenes Schichtwachstum verbessert wird. Dies kann durch eine starke Defokussierung des Laserstrahls sowie mehrere Beschriftungsüberläufe erreicht werden. Die Frequenz und Scangeschwindigkeit werden entsprechend der mittleren Leistung des verwendeten Lasersystems angepasst. Die Haltbarkeit von Beschriftungen auf 1.4301 ist im Allgemeinen deutlich höher als auf 1.4021. Im Hinblick auf die Beschriftbarkeit zeigen sich jedoch bei 1.4021 Vorteile gegenüber 1.4301.

Hohlkörperverpackungen aus Kunststoff sind flexibel einsetzbar, kostengünstig herzustellen und recyclingfähig. Auf Grundlage dieser Nutzungseigenschaften haben sich diese Verpackungen in vielen Bereichen der Wirtschaft eingegliedert. Sie sind aus dem täglichen Leben nicht mehr wegzudenken. Im Haushalt werden sie für Lebensmittel genutzt in der Industrie als Speicher oder Transportbehälter für sämtliche Betriebsmittel. Um nicht nur der Funktion Genüge zu tun sondern auch ein ansprechendes Design zu erhalten, gibt es eine große Vielfalt an verschiedene Formen. Zur Ausprägung dieser Formvielfalt sind optimierte Preforms nötig, um die geforderten Nutzungseigenschaften zu erfüllen. Eine Optimierung der Preforms ist nach analytischer Auslegung durch Versuche fortzuführen und auszuweiten. Zur Zeit- und Kostenersparnis wird in dieser Arbeit ein Werkzeug entworfen, das eine zügige Anpassung der Formkavität erlaubt. In diesem Wechselwerkzeug kann eine Kavitätsänderung im eingebauten Zustand durchgeführt werden. Auf Grundlage eines modular aufgebauten Schichtsystems kann neben der Anpassung der Wechseleinsätze, eine Anpassung der Kavitätslänge erreicht werden. Die in dem Werkzeug erreichbare konturnahe Kühlung bleibt von der modularen Bauweise unberührt. Damit kann durch dieses Werkzeug eine Reduzierung der Kosten bereits in der Entwicklung stattfinden nicht erst in der Produktion.

Die Wissensbasis zur Aufbereitung von Biopolymeren auf Schneckenmaschinen ist im Vergleich zu den konventionellen Kunststoffen noch sehr lückenhaft. Speziell das Abbauverhalten des Molekulargewichts bei unterschiedlichen Prozessbedingungen wie Entgasungssituation, Trocknungsgrad und Einstellgrößen am Extruder, sowie Änderung von Prozessparametern ist im Detail noch nicht Gegenstand wissenschaftlicher Untersuchungen gewesen. Um diese Wissenslücke ein Stück weit zu schließen, werden in dieser Thesis die Aufbereitung von Biokunststoffen und die Auswirkung von Verarbeitungs- und Lagerungsbedingungen auf das Molekulargewicht untersucht. Die Aufbereitungsversuche werden auf einem gleichläufigen Doppelschneckenextruder durchgeführt. Der Einfluss von Einstell- und Prozessgrößen auf den Molekulargewichtsabbau von Polylactid und Celluloseacetat wird statistisch mit Hilfe von Sternversuchsplänen und vollfaktoriellen Versuchsplänen untersucht. Dabei stehen explizit die Einstellgrößen Durchsatz und Umfangsgeschwindigkeit sowie Feuchtegehalt, Entgasungsdruck und Schneckenkonfiguration im Mittelpunkt. Die hergestellten Compounds werden sowohl chemisch mittels Gelpermeationschromatographie, als auch rheologisch vermessen. Durch die ermittelte Nullviskosität der rheologischen Messreihen wird die gültige Nullvis-kositäts-Molmassen-Beziehung für Biokunststoffe nachgewiesen, um über die Nullviskosität direkt auf den Molekulargewichtsabbau schließen zu können. Mit Hilfe dimensionsloser Kennzahlen wird der Compoundierprozess beschrieben, um den Abbau des Molekulargewichts bereits bei der Auslegung des Prozesses berechnen und charakterisieren zu können. Neben der Analyse des Aufbereitungsprozesses werden einzelne Compounds für eine Dauer von 30 Tagen bei unterschiedlichen Klimata ausgelagert und der Abbau des Molekulargewichts wird analysiert.

Eine genaue Vorhersage, wie viel Antriebsleistung und wie viel Heizleistung zum Aufschmelzen von Kunststoff benötigt wird, gewinnt zur Auslegung von Antrieben und Schnecken von Kunststoffverarbeitungsmaschinen zunehmend an Bedeutung. Zielsetzung der vorliegenden Arbeit ist es ein geschlossenes, analytisches Leistungsberechnungsmodell für die Aufschmelzzone zu entwickeln. Nach einer Modellanalyse bestehender Aufschmelzmodelle wird eine Modellerweiterung zur Leistungsverlaufberechnung entwickelt. Aus dieser Erweiterung entstehen zwei Ansätze zur Leistungsberechnung. Eine Wärmestromansatz und ein Massestromansatz zur Berechnung der Leistung aus einem bestehenden Aufschmelzverlauf. Es folgt eine experimentelle Überprüfung der Modelle. Erste simulierte Ergebnisse einer integralen Betrachtung ergeben eine Abweichung von 25% zu der gemessenen benötigten Leistung.

Die vorliegende Arbeit gibt einen Überblick von verschiedenen biokompatiblen Materialien zur Sauerstoffdetektion mit minimaler Aktivierungsenergie. Die erste Phase der Arbeit ist die Recherche nach geeigneten Stoffen in der Literatur und deren Auswertung nach definierten Kriterien. Die Erfüllung diese Kriterien garantiert einen möglichen Einsatz als biokompatiblen Sauerstoffsensor. In einer zweiten Phase sind die Ergebnisse der experimentellen Untersuchungen an den ausgewählten Materialien dargestellt. Das Ziel dieser Untersuchungen ist die Bestimmung der Sauerstoffsensibilität der Stoffen und deren Vergleich. Dafür sind Indikatoren gebildet, um das statisches und dynamisches Verhalten bei den gleichen Bedingungen zu definieren. In einem dritten Teil ist ein Sensordesign mit den Ergebnissen aus den zwei ersten Teilen vorgeschlagen.

Die Beschreibung der energetischen Situation in Kunststoffextrudern gewinnt in der freien Wirtschaft immer größere Bedeutung, um effizient und kostengünstig Kunststoffe verarbeiten zu können. Die Forschung ist deshalb bemüht, umfassende Modellgleichungen zur Beschreibung der Energiebilanz von Kunststoffextrudern zu bestimmen. Die Zielsetzung dieser Arbeit ist die Beschreibung der energetischen Vorgänge in der genuteten Einzugszone eines Einschneckenextruders. Zu Beginn der Arbeit wird eine umfassende Literaturrecherche durchgeführt und die bestehenden Modelle zur Beschreibung des Feststoffförderverhaltens in der Einzugszone miteinander verglichen. Anschließend wird in der Konzeption eine Energiebilanzgleichung für die Einzugszone des Extruders aufgestellt und die wesentlichen Messgrößen festgesetzt. Zur Erfassung des Drucks am Ende der Einzugszone wird eine Feststoffdrossel entwickelt. Für die Ermittlung wesentlicher Einflussgrößen in die aufgestellte Energiebilanzgleichung werden begleitende Untersuchungen an der genuteten Einzugszone, am Messaufbau und am Material durchgeführt. Die Ergebnisse der Versuche am Extruder zeigen, dass die aufgestellte Energiebilanzgleichung die energetischen Vorgänge in der Einzugszone des Extruders nachbilden kann. Weiterhin wurden Erkenntnisse über die Zusammensetzung der Energiebilanz in der Einzugszone gewonnen.

In der Verpackungsindustrie erfordert das Vordringen von Hohlkörperverpackungen in neue Anwendungsfelder bessere Barriereeigenschaften. Dabei ist es wichtig, neue Technologien zu schaffen, die dem Endkunden hochwertigere Verpackungen, z.B. für Lebensmittel und Medikamente, hinsichtlich der Qualität und Lebensdauer, zur Verfügung stellt. In der Lebensmittelindustrie ist der Einsatz von Verpackungen, wie PET-Flaschen, Wurst- und Käseschalen, schon etabliert. In der Medizin werden Kunststoffprodukte bis heute für den Einsatz von Spritzen, Tropfern und vielem mehr eingesetzt. Für Medizinflaschen mit Arzneimitteln, Impfstoffen und Infusionen kommen bis dato nur Glasflaschen zum Einsatz, die durch Mehrschichtbehälter aus Kunststoff ersetzt werden sollen. In der vorliegenden Arbeit wird nach einem Einblick in den Stand der Technik auf die theoretischen Grundlagen der Mehrschichtströmungen und des Grenzschichtverhalten von zwei Kunststoffen eingegangen. Des Weiteren werden die Sauerstoffpermeabilität und Wasserdampfpermeabilität der verwendeten Kunststoffe untersucht, um eine Empfehlung über mögliche Schichtdicken der Multilayerflaschen zu geben. Im Anschluss daran wird mit Hilfe der Simulationsumgebung Moldex3D der Füllvorgang eines Multilayervorformlings simuliert, um Prozessparameter für den Spritzgießprozess der Co-Injektion mit einem Schmelzespeicher- und Schmelzedosiersystem zu ermitteln. Dabei soll mit diesem System in den Flaschen eine durchgängige Barriereschicht ausgebildet werden, um die Inhaltsstoffe vor Gasen, wie Sauerstoff, zu schützen.

Als Teil des Projektes INTASENSE, welches ein miniaturisiertes System zur Kontrolle der Luftqualität zum Ziel hat, ist es Aufgabe der TU Ilmenau, einen Partikelsensor zur Detektion von Feinstaub (Durchmesser der Partikel 1 mym-10 mym) zu entwerfen. In der vorliegenden Arbeit wird zu diesem Zweck die Möglichkeit der Partikeldetektion mittels elektrischer Entladungen untersucht. Basierend auf den gewonnenen Erkenntnissen kann ein solcher Sensor konzipiert und optimiert werden.

In der heutigen Forschung und Entwicklung existieren zwei wesentliche Ansätze. Auf der einen Seite werden neue Methoden zur elektrischen Energiegewinnung untersucht. Der andere Zweig ist interessiert daran, neue Depositions- und Analysemethoden im Bereich der Materialwissenschaften zu ergründen. Die neuen Depositionsmethoden sollten stets im Einklang zu unserer Umwelt stehen und demnach auch ressourcenbewusst sein. Deshalb forschen Wissenschaftler auf dem Gebiet des Self-assembly und der Selbstorganisation, welche dem Bottom-up-Prinzip folgen. Mit Hilfe dieses Konzepts sollte ist es möglich, 3D Strukturen von der Nano- bis zur Mikro- und Makrogröße herzustellen. Das Thema dieser Abhandlung ist die metallische Nanoxerographie. In der Vergangenheit wurde die Nanoxerographie bereits genutzt um Partikel in geladenen Bereichen bei einer limitierenden Auflösung zu deponieren. Diese Methode war neu, jedoch in ihren Spezifikationen noch nicht gut definiert. Aktuell liegt das Bestreben nun darin, Konzepte und Fertigungsansätze zu entwicklen, sodass mit dieser Methode auch Bauelemente hergestellt werden können. Die nachfolgende Arbeit erklärt zunächst die Grundlagen der plasmagestützen Erzeugung von metallischen Nanopartikeln. Anschließend wird die lokalisierte Deposition dieser Partikel in einen Reaktor bei Atmosphärendruck untersucht. Die Auswertung der folgenden Experimente erläutern den Zusammenhang der Einflussgrößen auf das kinetische Wachstumsregime. In diesen Versuchen werden hauptsächlich der Gasfluss und der Einfluss des elektrischen Feldes betrachtet. Am Ende werden mögliche Bauelemente und Anwendungskonzepte, welche durch Nanoxerographie hergestellt werden könnten, diskutiert.

Es wird ein mikromechanischer Federenergiespeicher entworfen und gefertigt. Von wesentlichen Systemkomponenten werden unterschiedliche Varianten gesucht, bewertet und zu realisierende ausgewählt. Diese sind: Eine Spiralfeder als Energie speichernde Feder, eine Rücklaufsperre, die das Prinzip des Formschluss verwendet und mit einem elektrostatischen Aktor gelöst werden kann, eine monolithisch integrierte träge Masse und ein piezoelektrischer Wandler zur Umsetzung der mechanischen Federenergie in elektrische Energie. Die Dynamik des Systems und für die Auslegung relevante Systemteile werden mathematisch modelliert. Das dynamische Modell wird zusätzlich als Simulationsmodell in der Sprache Maxima implementiert. Damit werden Experimente zum Systemverhalten und zum Einfluss bestimmter Systemparameter auf die Dynamik durchgeführt. Für den Systementwurf wird ein Fertigungsplan erstellt, der alle Komponenten bis auf den Wandler enthält. Das System wird im Zentrum für Mikro- und Nanotechnologien gefertigt. Zur Demonstration der Funktionstüchtigkeit wird ein Prüfstand entworfen und gefertigt, mit dem der Federenergiespeicher über eine externe Beschleunigung geladen werden kann. Die Funktionstüchtigkeit kann nicht nachgewiesen werden.

In dieser Masterarbeit wird eine Fahrzeugbodengruppe aus faserverstärktem Kunststoff für den Einsatz in einem Wohnmobil konstruiert. Hierfür wird zunächst die Werkstoffwahl spezifiziert und die zu erfüllenden Anforderungen analysiert und festgelegt. Dabei werden die mechanischen Anforderungen an den Werkstoff und der Konstruktion unter anderem durch eine Belastungssimulation des Tragsystems, wie es bisher in Wohnmobilen zum Einsatz kommt, erarbeitet. Weiterhin werden Anforderungen aus den für eine Fertigung und Gestaltung notwendigen Aspekten einer werkstoffgerechten Konstruktion und den Bedingungen an eine "Typgenehmigung für Fahrzeuge" durch das Kraftfahrzeugbundesamt entwickelt. Anschließend wird anhand der festgelegten Anforderungen ein Grundmodell als Ausgangspunkt für Belastungssimulationen mit einer Finite-Elemente-Software geschaffen und daraus die Belastungsverhältnisse in der Fahrzeugbodengruppe erarbeitet. Aufgrund dieser Vorgehensweise entsteht schließlich ein in der Konstruktion und im Lagenaufbau optimiertes Modell einer Fahrzeugbodengruppe für Wohnmobile. Den Schluss bildet das Fertigen eines realen, maßstabsgerechten Modells aus faserverstärktem Kunststoff.

Für die Bestimmung der mechanischen Eigenschaften von GaN und AlN sowie ihren Mischkristallen wurden Mikroelektromechanische Strukturen in Form von einseitig und zweiseitig eingespannten Balken verwendet. Dazu war es notwendig eine adäquate theoretische Beschreibung der Resonanzfrequenzen zu entwickeln und insbesondere den Verspannungszustand durch unabhängige Messungen zu verifizieren. Die Euler-Bernoulli-Theorie wurde eingeführt und unter Berücksichtigung der Dehnung nach Bouwstra et al. [33] sowie der Krümmung nach Petyt et al. [67] für die jeweiligen Balken erweitert. Im Falle der SiC-Cantilever musste zusätzlich die Unterätzung in der Theorie berücksichtigt werden. Über diese Erweiterungen konnte zugleich die Dehnung der zweiseitig eingespannten Balken in Abhängigkeit ihrer Länge bestimmt werden. Zur Anpassung an das vorliegende Schichtsystem wurden die Parameter Dichte, Querschnittsfläche, Elastizitätsmodul und Flächenträgheitsmoment bestimmt und gewichtet. Die Bestimmung der Dichte erfolgte dabei mittels Röntgenbeugung. Die geometrischen Parameter für die Querschnittsfläche und zur Berechnung des Flächenträgheitsmoments wurden aus REMAufnahmen ermittelt. Die Gewichtung des Flächenträgheitsmoments und die Lage der neutralen Faser ergaben sich schließlich aus einem selbstkonsistenten Fit an die Messdaten. Die Moduli von GaN und AlN sowie ihrer Mischkristalle wurden bestimmt. Die erzielten Ergebnisse ordnen sich in den allgemeinen Trend der Abhängigkeit des Moduls von der Schichtdicke und der Zusammensetzung ein. Anhand von Raman-Messungen wurde eine Abhängigkeit des Phononendeformationspotentials von der Realstruktur der Epitaxieschichten der Gruppe III-Nitride und ihrer Mischkristalle festgestellt. Die Spannungsverteilungen konnten als Parameter der Balkenlänge ermittelt werden. Die Raman-Verschiebung wies eine durch die Einspannung induzierte, relaxierende Verspannung entlang der Balken auf. Messungen über die Balkenbreite zeigten ein nahezu symmetrisches Spannungsprofil für spezifische Raman-Übergänge. Anhand von Simulationen wurden die Einflüsse der realen Struktur untersucht, die in der Theorie keine Berücksichtigung fanden. Dabei zeigte sich eine nominelle Versteifung des Balkens durch die Cluster/Inseln an der Unterseite der SiC-Balken, die jedoch aufgrund der geringen Änderung der Eigenfrequenz und im Vergleich zur Streuung der Messwerte vernachlässigbar ist. Es konnte der Einfluss der Cantileverbreite sowie der Unterätzung an der Einspannung auf die Eigenfrequenz dargelegt werden. Dabei ergab sich eine Erhöhung der Eigenfrequenz mit steigender Breite und eine exponentielle Abnahme dieser bei steigender Unterätztiefe. Die Simulationen zeigten zugleich die Grenzen der Euler-Bernoulli-Theorie auf. Das Länge-zu-Breiten-Verhältnis der Cantilever muss entsprechend groß gewählt werden, damit sie Gültigkeit besitzt. Für weitergehende Untersuchungen ist es ratsam, die Kirchhoffsche Plattentheorie zu verwenden.

In dieser Arbeit wird ein Infrarotschweißprozess einer Instrumententafel hinsichtlich des Fügens einer lackierten Polypropylen-Dünnfilmfolie und einer geschäumten Spritzgussintegralschaumstruktur analysiert und optimiert. Durch Thermische Analysen werden die Materialien untersucht und mittels Schweißversuchen werden ein Prozessbereich und eine Rippengeometrie erarbeitet, wodurch die Schweißnahtqualität zunimmt. Außerdem wird in einer analytischen Berechnung der Einfluss der Prozessparameter auf die Oberflächentemperatur dargelegt.

Zur Bestimmung der Durchflussgeschwindigkeit wird in der Lorentzkraft-Anemometrie (LKA) die Reaktionskraft genutzt, die auf ein Magnetsystem wirkt, welches sich in der Nähe eines Kanals mit einem strömenden elektrisch leitfähigen Fluid befindet. In der vorliegenden Arbeit werden die physikalischen Zusammenhänge der LKA sowie die Grundlagen und Handhabung von Hochtemperatursupraleitern (HTSL) im flüssigen Stickstoff (LN2) Bad beschrieben. Dazu wurde ein Verfahren zum Einfrieren des Magnetfeldes kommerziell erworbener HTSL-Bulk auf YBCO Basis unter Verwendung eines vorhandenen 5-T cryogenfreiem Hochfeldmagneten (5-T CFM) erarbeitet. Für einen kommerziell erworbenen HTSL-Typ (YBCO, Hersteller: ATZ GmbH, Deutschland/Torgau) werden die Grenzen der einfrierbaren Magnetfelder bei unterschiedlichen Bulkgeometrien und eingestellten externer magnetischen Flussdichten bei 77 K präsentiert. Die magnetische Flussdichteverteilung in der Nähe der Oberfläche des HTSL-Bulks wird mit einem für die Kryotemperatur angepassten Messaufbau ermittelt, um auf Basis des Beanmodell's die eingeprägte kritische Stromdichte im HTSL-Bulk abzuschätzen. Mit Hilfe dieser modellierten Stromdichte wird die Flussdichteverteilung und damit bei konstant strömenden Elektrolyt, die auf die HTSL wirkende Lorentzkraft berechnet. Eine Vergleichssimulation mit NdFeB-Magnete der gleichen Masse zeigt letztlich das Potenzial der HTSL bei Einsatz in der LKA auf.

Diese Arbeit soll einen Zusammenhang zwischen dem Herstellungsverfahren und den daraus resultierenden dielektrischen Eigenschaften von keramischen Werkstoffen herstellen. Dafür wurden verschiedene Proben (gesintert, thermisch gespritzt) auf ihre dielektrischen Eigenschaften untersucht. Zum Einsatz kommen gesinterte Platten aus Aluminiumoxid (AK 97 M), welche durch die Firma BARAT Ceramics Auma hergestellt wurden. Diese Platten sind in vier Chargen unterteilt und unterscheiden sich im Pressdruck während der Herstellung des Grünlings, sowie der Sintertemperatur. Innerhalb des thermischen Spritzprozesses werden Stahlscheiben (St52) mit vier verschiedenen Oxidkeramiken beschichtet. Diese sind Aluminiumoxid (99,5%), Yttrium-stabilisiertes Zirkonoxid (93-7%), eine Mischung aus Aluminiumoxid und Yttrium-stabilisiertem Zirkonoxid (50:50 w%) und 97%-iges Aluminiumoxid (AK 97 M) von Barat Ceramics. Durch die gewählten Herstellungsverfahren kommt es zu starken Schwankungen innerhalb der Parameter Porosität, Rauheit und Phasenzusammensetzung. Diese wurden gemessen und stellen den größten Einfluss auf die resultierenden dielektrischen Eigenschaften dar. Hinzu kommt, dass sich vollziehende Phasentransformationen während des thermischen Spritzens nicht vernachlässigt werden dürfen. Die gesinterten Aluminiumplatten zeigen eine gute Stabilität der dielektrischen Eigenschaften bei hohen Frequenzen. Allerdings ist deren Durchschlagfestigkeit geringer ausgefallen als erwartet. Die gespritzten Aluminiumoxidschichten (99,5%) besitzen die höchsten Durchschlagfestigkeiten. Allerdings kommt es zur Ausbildung von Polarisationseffekten bei steigenden Frequenzen.

Diese Masterarbeit beschäftigt sich mit dem Optimierungspotential der Spritzprägetechnik von thermoplastischen Kunststoffen. Das Thema dieser Arbeit entstand im Fachgebiet Kunststofftechnik in Zusammenarbeit mit der Fa. Truck-Lite Europe GmbH aus Eisenach. Glasklare, dickwandige Kunststoffteile werden vermehrt in modernen LED Leuchten im Automobilesektor eingesetzt, was die Kernkompetenz von Truck-Lite Europe GmbH darstellt. In diesen Kunststoffteilen vereinigen sich viele Funktionen, welche die Bauteilgestalt immer komplexer werden lassen. Die Spritzprägetechnik soll als Erweiterung des herkömmlichen Spritzgießens den Herstellprozess sowie die Bauteileigenschaften solcher Bauteile verbessern. Dies erfolgt durch Einbringen eines externen Nachdrucks über eine zusätzliche Bewegung innerhalb oder außerhalb des Werkzeuges. Dazu wurden Veränderungen an einem konkreten Werkzeug durchgeführt, um ein aktives Spritzprägen fahren zu können. Mit diesem Werkzeug wurden Versuche im Technikum bei Arburg zum passiven und aktiven Spritzprägen gefahren. An der Technischen Universität Ilmenau im Fachgebiet Kunststofftechnik absolvierte man zusätzliche Versuche zur Informationsgewinnung. Anschließend wurden die durch unterschiedliche Parameter hergestellten Bauteile nach verschieden Kriterien (visuell, Gewicht, Lichtstärke, geometrisch) beurteilt und bewertet. Durch die Versuche zum Spritzprägen sowie dem Vergleich der Bauteileigenschaften konnten Erkenntnisse über das Bauteil und die Spritzprägetechnik gesammelt werden.

Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung und Simulation eines wärmebrückenfreien Verbindungselementes für Anbauten an isolierten Gebäuden. Für die Neuentwicklung werden die einwirkenden Einflüsse auf das Befestigungselement erfasst und in einer Anforderungsliste festgehalten. Einwirkende mechanische Einwirkungen werden ermittelt und quantifiziert. Ebenso werden die auftretenden thermischen Randbedingungen erst qualitativ erfasst und in eine berechnungsfähige Form überführt. Auf der Grundlage dieser Anforderungen wird ein Lastmodell definiert, welches die für die Entwicklung notwendigen Randbedingungen enthält. Basierend auf dem Lastmodell werden durch systematisches Vorgehen unterschiedliche Varianten gebildet, welche die Anforderungen erfüllen. Die Varianten werden gegenübergestellt und mittels ausgewählten Kriterien bewertet. Die gewichtete Bewertung erlaubt die Auswahl der bestmöglichen Konzepte. Die Konzepte werden zunächst verfeinert und durch eine Finite-Elemente Analyse überprüft. Die thermischen und mechanischen Eigenschaften des Verbindungselementes liegen hierbei im Fokus. Abschließend werden die Ergebnisse diskutiert und Empfehlungen zur Lösung gegeben.

Die am häufigsten eingesetzte Technologie zur Frontkontaktierung von Siliziumsolarzellen erfolgt mit dem Druck von Silberpaste mit anschließender Feuerung zur Ausbildung des Metall-Halbleiterkontaktes. Ziel ist der Ersatz des Silbers durch eine Kupferbeschichtung. Hierfür ist jedoch eine dünne Diffusionsbarriere aus Nickel erforderlich. Die Strukturierung der Frontkontakte (Finger und Busbars) erfolgte über einen Laserprozess durch die Entfernung der Antireflexionsschicht (SiNx). In den gelaserten Bereichen wurde die Nickelschicht lichtunterstützt unter optimierten hydrodynamischen Bedingungen abgeschieden. Dabei erfolgte die Variation der Beleuchtungsstärke, der Vorbehandlung und der Abscheidungsparameter. Spezielles Augenmerk lag auf der Nickelkeimbildung und der benötigten Schichtdicke zur vollständigen Bedeckung des gelaserten Bereichs. Weiterhin erfolgten Analysen zur Qualifizierung des Laserprozesses durch GDOES-, XPS- und AES-Messungen. Zusätzlich wurden Impedanzmessungen zur Analyse des Widerstandsverhaltens in Abhängigkeit der Beleuchtungsstärke an Siliziumsolarzellen durchgeführt.

Für einen Großteil der Automobilbranche ist die Erschließung und Etablierung in neuen Märkten eine Grundvoraussetzung für weiteres Wachstum. Unterstützt wird dies durch die steigende Globalisierung. Damit ergeben sich jedoch zunehmend neue Herausforderungen in Form umfangreicherer Produktvielfalten, neuen Fahrzeuganforderungen und unterschiedlichen Gesetzeslagen. Um den jeweiligen Artikel auf dem internationalen Markt attraktiv zu gestalten, müssen sowohl die technischen wie auch die wirtschaftlichen Aspekte betrachtet werden. Dazu zählt ebenfalls die Entwicklung neuer Bauteilkomponenten im Kraftfahrzeug. Diese werden jeweils für sich, im Verbund und in der Gesamtheit bewertet. In diesem Zusammenhang müssen ebenfalls als wichtige Randbedingung die Bedürfnisse möglicher Kunden berücksichtigt werden. Im Rahmen dieser Masterarbeit wird ein Beitrag zur Entwicklung eines Unterfahrschutzes im Bereich des Vorderwagens eines SUV-Fahrzeugs geleistet. Zum Einsatz kommt dabei die Finite-Element-Methode (FEM). Angestrebt wird ein leichtes kostengünstiges und wirksames Konzept, welches alle Anforderungen und Auslegungskriterien erfüllen kann. Diese sind für die jeweils unterschiedlichen Fahrzeugausprägungen zu entwickeln. Dabei wird unter anderem eine geeignete Werkstoffauswahl getroffen. Hauptaufgabe dabei ist mithilfe des Solvers OptiStruct eine ganzheitliche Optimierung des Geländeunterfahrschutzes durchzuführen. Diese beinhaltet neben der Analyse des aktuellen Konstruktionsstands sowohl die Topology- wie auch die Topographyuntersuchung. Zur ganzheitlichen Betrachtungsweise werden die zuvor angenommenen Lastannahmen aus der Simulation mit einem realen Fahrzeugversuch überprüft und gegenübergestellt werden. Dazu wird die Versuchsplanung, -durchführung und die Inbetriebnahme der Erprobungsstrecke übernommen. Das Ziel dieser Arbeit ist ein Unterfahrschutzkonzept, welches alle Auslegungskriterien mit den dazugehörigen Randbedingungen erfüllt. Durch die Optimierung werden technische sowie wirtschaftliche Gesichtspunkte in ein sinnvolles Verhältnis zueinander gebracht. Damit wird der Reifegrad des Produkts und somit auch des Gesamtfahrzeugs wesentlich gesteigert.

In dieser Arbeit wird das neue Verfahren des Bolzenklebens auf Kohlefaserverstärkten Verbundbauteilen näher betrachtet. Es erfolgt eine kurze Einführung in die Themengebiet des Klebens und des kohlenfaserverstärkten Kunststoffes. Zunächst werden die unterschiedlichen auf dem Markt vorhandenen Systeme kurz vorgestellt und ihre Stärken und Schwächen dargelegt. Im Rahmen der Arbeit wird eine erste Parameterfindung für das Prototypensystem der Fa. Emhardt Teknologies (Tucker) durchgeführt. Des Weiteren werden optische und zerstörende Prüfverfahren zur Qualitätskontrolle und Überprüfung der Leistungsfähigkeit des Systems entwickelt. In den praktischen Versuchen wurden äußere Einflüsse und Störfaktoren auf das System untersucht. Eine Analyse des Systems, unter Berücksichtigung der Risiken und Chancen, trifft eine erste Beurteilung über die Einsatzfähigkeit in einer Serienproduktion. Es werden Arbeitsanweisungen abgeleitet, die zu einem sicheren Einsatz des Systems bei der Audi AG führen sollen.

Graphen wurde epitaktisch auf 6H-SiC in einem Brennofen mit Graphitausmauerung der Brennkammer in einer Argonatmosphere mit einem Druck von 1,5 bar gewachsen. Dabei wurde die Abhängigkeit des Wachstumsprozesses von den Parametern Temperatur und Heizzeit untersucht und mit der Qualität des so hergestellten Graphens in Zusammenhang gebracht. Die Qualität, Dotierung und Dicke des Graphens wurde mit Ramanspektroskopie untersucht. Infrarotspektroskopie ermöglichte die Indentifierzung von Plasmonen im Graphen. Es wurde festgestellt, dass eine stärkere Plasmonanregung bei Graphen auf der C-Seite des SiCs erreicht werden konnte. Dann wurde die Morpholigie der Siliziumkarbidoberfläche in Abhängigkeit der einzelnen Schritte des Wachstumsprozesses untersucht. Y- und T- Strukturen wurden mit Hilfe von Elektronstrahllitographie hergestellt. Die Abhängigkeit des Gleichrichtereffektes von den geometrischen Abmessungen der Bauelemente wurde untersucht. Dabei wurde ein Parameter identifiziert, welcher das Verhalten der T- und Y-Schalter beschreibt. Außerdem wurde eine Erklärung für das diffuse Verhalten von T- und Y-Strukturen mit sehr schmalen Kanälen bei einer Push-Pull-Spannung von fast Null vorgeschlagen. Zum erste Mal wurde ein transitorähnliches Schaltverhalten in T- und Y-Schaltern aus Graphen beoabachtet. Die Steilheit dieser Strukturen beträgt bis zu 440 myS/mym. Der differentielle Spannungszuwachs erreicht Werte von bis zu 560. Eine Erklärung für dieses Verhalten wird vorgeschlagen. Der Kontaktwiderstand von Titan-Gold- und Chrom-Gold-Kontakten wurde gemessen. Der Widerstand beträgt 1600 [omega] mym für erstgenanntes und 4400 [omega] mym für letztgenanntes.

In dieser Arbeit wurde eine Konzeptionierung und Konstruktion für die Ausrüstung einer Spritzgießmaschine mit einem gegebenen Direktantrieb in die Plastifizierachse erstellt. Dabei soll das Plastifizier-Drehmoment erfasst werden können. Dazu wurde zuerst eine Anforderungsliste erstellt, worauf hin mehrere Konzepte aufgestellt und in bestimmten Kriterien verglichen wurden. Die gefundene Variante wurde konstruiert und umgesetzt. Ein weiterer Schwerpunkt der Aufgabenstellung war die Konzeption der Integration des Direktantriebes für verschiedene Bauarten für Spritzeinheiten. Dazu wurde die Eignung der Bauart mit Bewertungskriterien untersucht. Zudem wurden Beispielrechnungen für mögliche finanzielle Einsparungen bei der Nutzung des Direktantriebes für verschiedene Szenarien angefertigt. Desweiteren wurde das Potential des antriebsseitigen Schneckenwechsels durch die Hohlwelle des Antriebes für verschiedene Bauarten betrachtet. Hierzu wurden Voraussetzungen formuliert, die von den zuvor betrachteten Konzepten zur Integration des Antriebes erfüllt werden müssen.

Die Textilmaschinenbranche stellt sehr hohe Anforderungen an die Produktivität. Infolge der Energiewende rückt zunehmend auch der Faktor Ökonomie in den Fokus. Um diesen Ansprüchen gerecht zu werden, bedienen sich die Hersteller immer öfter dem Mittel des Leichtbaus. Im Rahmen dieser Masterarbeit wird untersucht, wie systematisch identifiziert werden kann, an welchen Stellen in einer existierenden Maschine sinnvoll Leichtbau anzuwenden ist. Eine Grundlagenbetrachtung zeigt den aktuellen Stand der Technik und ermöglicht die Definition von Randbedingungen des modernen Maschinen- und Anlagenbaus. Mit diesen wird ein Identifikationskonzept für Leichtbaupotential entwickelt. Im Anschluss daran wird diese Vorgehensweise an einer Textilmaschine der Firma LIBA Maschinenfabrik GmbH angewandt. Eine Bewertung aller Bauteile der Maschine ist das Ergebnis dieser Untersuchungen. Des Weiteren werden die drei Bauteile mit dem höchsten Leichtbaupotential mithilfe der Finite-Elemente-Methode (FEM) analysiert. Schließlich erfolgt die Neugestaltung dieser in Faserverbundbauweise und ein Vergleich zu den bestehenden Teilen wird durchgeführt. Abschließend werden alle Erkenntnisse diskutiert und ein Ausblick auf mögliche Weiterentwicklungen wird aufgezeigt.

Mikrolegierte Stähle zeichnen sich durch ihre Eigenschaftskombination aus hoher Festigkeit bei gleichzeitig guter Umformbarkeit aus. Während die ferritische Grundmatrix für die Kaltumformeignung ausschlaggebend ist, werden die Festigkeitswerte durch Feinkorn- und Ausscheidungshärtung der Mikrolegierungselemente Niob, Titan und Vanadium erreicht. Im Rahmen dieser Arbeit sollte aufgezeigt werden, inwieweit durch ein verändertes Legierungskonzept und/oder Prozessparameter die mit der VDA 239-100 für die Stahlgüte CR420LA-GI in Verbindung stehenden Spezifikationen erfüllt werden können. Im Hinblick auf die gegenwärtig bei der SZFG verwendeten Produktionsparameter für die Herstellung des feuerverzinkten Feinbleches, belegen die Ergebnisse zum einen, dass durch eine Absenkung der Glühtemperatur an der Feuerverzinkungslinie 1 eine Festigkeitssteigerung erzielt werden kann, zum anderen dass an der Feuerverzinkungslinie 2 durch eine geeignete Geschwindigkeits- und Feinblechdickeneingrenzung das momentan verwendete Ti-Nb-legierte Konzept seine Gültigkeit beibehält. Alternativ konnte für die Produktion die Eignung eines an Kohlenstoff und Silizium höher legierten Ti-Nb-Konzeptes nachgewiesen werden.

In dieser Masterarbeit soll ein aktuiertes Blendenarray entworfen und hergestellt werden. Ein aktuiertes Blendenarray wird in Kombination mit einem mikrooptischen System und einem CCD-Sensor verwendet. Zurzeit werden klassische Kameras verwendet, um zum Beispiel Getreidefelder auf Schädlingsbefall zu untersuchen. Mit dem optischen Mikrosystem können zum Beispiel der Bakterienbefall von Fleisch mobil und im Hausgebrauch ermittelt werden. Das Blendenarray filtert den hohen Farblängsfehler des mikrooptischen Systems, wodurch Auflösung sinkt. Mit einem aktuierten Blendenarray können mehrere Bilder aufgenommen und durch eine Bildverarbeitung so zusammengesetzt werden, dass eine Aufnahme mit einer höheren Informationstiefe entsteht. Es erfolgt eine Auswahl des zu verwendenden Aktors aus verschiedenen Prinzipien zur lateralen Verschiebung. Anschließend wird dieser Aktor ausgelegt und die benötigten Parameter bestimmt. Außerdem wird eine Simulation des Aktors mit Hilfe von ANSYS durchgeführt. Es werden die benötigten Herstellungstechnologien und die Vorgehensweise der Herstellung beschrieben.

Eine genaue Vorhersage der Schneckenantriebsleistung, zur Auslegung von Antrieben und Schnecken, gewinnt zunehmend an Bedeutung. Zielsetzung der vorliegenden Arbeit ist die Entwicklung und Verifizierung eines modifizierten Ansatzes, zur Verbesserung der Vorhersagegenauigkeit der Leistungsaufnahme von Einschneckenextrudern. Zu Beginn dieser Arbeit findet eine umfangreiche Literaturrecherche statt, um die vorliegenden Modelle zu sichten. Anschließend erfolgt eine Analyse des Verhaltens einzelner Modelle unter Variation der Eingangsgrößen. Mithilfe einer Sensitivitätsanalyse wird die Abweichung der berechneten Leistung aufgrund von Schwankungen der Eingangsparameter festgestellt. Im Rahmen der experimentellen Überprüfung der Antriebsleistung findet ein Vergleich zwischen Messung und Simulation statt. Aus den Erkenntnissen der Modellanalyse und der experimentellen Analyse wird ein neues integrales Modell abgeleitet. Dieses Modell erzielt, mit einer durchschnittlichen Abweichung zu den gemessenen Antriebsleistungen von 14 %, gute Ergebnisse.

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.

Diese Arbeit beschäftigt sich mit Körperschalluntersuchungen an Wälzlagern. Dazu wurde eine Recherche bezüglich Schwingungsmessung und Signalanalyse durchgeführt. In einem Dynamischen Lagerprüfstand wurde unter konstanten sowie dynamischen Drehzahlen Körperschall von Wälzlagern aufgenommen. Die Wälzlager wurden zuvor an Innen- und Außenring definiert geschädigt, mit dem Ziel, die Schäden durch Körperschallmessung zu identifizieren. Mit den gewonnenen Erkenntnissen der Recherche wurden verschiedene Analyseverfahren durchgeführt. Durch eine Auswertung in Form von Campbelldiagrammen und Hüllkurvenspektren wurde eine Fehleranalyse durchgeführt. Außerdem wurde in dieser Arbeit ein Minimalmengenschmiersystem zusammengestellt, um mittels Körperschall Schmierzustände von Wälzlager bewerten zu können.

In der Arbeit wurden die mechanischen Eigenschaften der Grenzfläche zwischen Aluminiumoxid (Al2O3) und einem Metall-Matrix-Komposit (MMC) untersucht indem sie einer zyklischen Wärmebehandlung und mechanischen Tests unterzogen wurden. Hergestellt wurden diese durch Infiltrieren von porösen Aluminiumoxid in eine Vorform mit geschmolzenem Kupfer und verbunden durch Hartlöten. Eines der Ziele diese Arbeit war die Feststellung, ob diese Grenzfläche eine kritische Auswirkung auf die Lebensdauer des Leistungselektronikbauteils hat. Aus diesem Grund wurde ein neues Prüfverfahren entwickelt um diese zu charakterisieren. Um die thermomechanische Spannungen, denen die Substrate der Leistungselektronikmodule während des Betriebs ausgesetzt sind zu simulieren wurden sie eine zyklische Wärmebehandlung bei den Proben durchgeführt. Für eine unterschiedliche Anzahl an Zyklen wurde der Zustand der Bauteile mittels Ultraschall-Mikroskopie und Überwachung der Veränderung ihres Wärmewiderstandes. Ultraschall-Mikroskopie ergab dass nach 500 Wärmezyklen keine Ausbreitung oder Wachstum von Defekten an Grenzfläche zwischen Aluminiumoxid und MMC auftrat. Dies trat jedoch zwischen dem Kupfer und dem Al2O3 Die Ultraschall-Analyse zeigte zudem dass der Hartlötprozess im Aluminiumoxid Defekte generierte, die zu Beschädigungen der elektrischen Isolation zwischen der Kupferschicht und MMC führen können. Nach 500 Zyklen zeigte sich keine Rissfortpflanzung durch die thermomechanischen Spannungen. Keine Anzeichen für Muschelbruch waren festzustellen. Auswertung der Messwerte der thermischen Impedanz (Zth) nach 200 Zyklen zeigte, dass bei den MMC-Testvehikel eine starke Streuung (3% bis 99%) im Anstieg der thermischen Impedanz auftrat. Nach Analyse des Querschnittes einer Probe mit hohem Zth-Anstieg wurde ein Riss in der Aluminiumoxidschicht, ähnlich eine Muschelbruchs, als Grund für den starken Anstieg des Wärmewiderstandes identifiziert. In der Grenzfläche zwischen Al2O3 und MMC, wurden dabei jedoch keine Defekte festgestellt. Eine Anwesenheit von Rissen in der Aluminiumoxidschicht in manchen Proben, ausgelöst durch Kratzen der Al2O3-Schicht um einen eventuellen Kurzschluss beim Hartlöten zu entfernen, wurde im Nachhinein festgestellt, obwohl diese bei der vorherigen Ultraschall-Mikroskopie-Analyse nicht auftraten. Bei ausschließlicher Betrachtung der Proben mit geringem Zth-Anstieg wurden ähnliche Ergebnisse wie mit den DBC-Substraten nach 200 Zyklen festgestellt. Zwei verschiedenen mechanischen Prüfverfahren zur Charakterisierung der Grenzflächenfestigkeit würden durchgeführt. Ein Vier-Punkt-Biegeversuch angekerbten Proben wurden angewandt, um die Energiefreisetzungsrate bei Delamination der Grenzfläche zu berechnen. Eine Delamination konnte im Versuch nicht erzeugt werden. Die Analyse de Mechanismen des Rissfortschritts legte nahe das bei Erreichen der Grenzfläche der Riss entlang dieser im Al2O3 fortschreitet. Ursache dafür ist die hohe Festigkeit der Grenzfläche, ausreichend um eine Delaminierung zu verhindern, daher ist die Grenzfläche nicht kritisch für den Rissfortschritt. Ein Scherversuch zur Ermittlung der Scherfestigkeit wurde durchgeführt. Die Grenzfläche zeigte eine Scherfestigkeit von mehr als 70 MPa. Höhere Spannungen waren nicht möglich, da ab diesem Wert die Proben zum Brechen neigten. Eine neue Probengeometrie wurde Entworfen um höheren Spannungen zu widerstehen, jedoch war dies zeitlich im Rahmen der Arbeit nicht mehr möglich. In dieser Masterarbeit wurde herausgefunden, dass ein Überschuss an Lot beim Hartlöten das Al2O3 bedeckt und zusätzliche Spannungen erzeugt. Dadurch könnten Risse während des Lötens auftreten. Zusammenfassend ist zu sagen dass die Grenzfläche zwischen Aluminiumoxid und MMC durch die zyklische thermische Belastung nicht kritisch für das Versagen des Bauteils und der Rissausbreitung ist. Um präzisere Aussagen über die Lebensdauer des MMC-Proben unter thermischer Zyklierung zu erhalten wäre es empfehlenswert erneute Messungen der thermischen Impedanz mit neuen MMC-Proben, bein denen ein Überschuss an Lot beim Hartlöten vermeiden wird, sowie eine nachfolgende Ultraschall-Mikroskopie-Analyse zur Einschätzung des Probenzustandes. Zudem sollte der Scherversuche mit neuer Probengeometrie wiederholt werden

Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung des Einflusses magnetischer Feldgradientenkräfte auf die Verteilung paramagnetischer Ionen in Modellglasschmelzen bei Flussdichten von B > 1 T. Sie findet im Rahmen des DFG geförderten Projektes "Manipulation von Ionenverteilungen in Glasschmelzen mittels magnetischer Feldkräfte - Experiment und Simulation" (HA 2338/4-1) statt. Als Modellglas wurde eine Glasschmelze aus dem System BaO-B2 O3 -Fe2O3 mit einer Sollzusammensetzung von 40 mol-% BaO, 33 mol-% B2O3 und 23 mol-% Fe2O3 benutzt. Dazu wurden auf Basis des in der Fachliteratur bekannten Phasendiagramms die Kristallisation und ausgehend von grundlegenden Betrachtungen zum Magnetismus die darauf wirkenden Kraftdichten abgeschätzt, wobei hierfür Theorien der Festkörperphysik zu Grunde liegen. Weiterhin wurden Tiegelschmelzexperimente bei 1350&ring;C mit der vorgeschmolzenen Modellglasschmelze mit einem Rohrofen an verschiedenen Positionen in einem 5T kryogenfreien Magnetsystem der Firma Cryogenics Ltd. durchgeführt, welches ein magnetisches Gleichfeld von bis zu 5 T und die entsprechenden magnetischen Feldgradienten erzeugt. Zum Vergleich wurde ein Experiment ohne äußeren magnetischen Feldeinfluss durchgeführt. Ein weiteres Experiment wurde mit einer maximalen magnetischen Feldgradientenkraftdichte des Magnetsystems von ca. 60 N/cm3 entgegen der Schwerkraft und ein letztes mit einer magnetischen Feldgradientenkraftdichte des Magnetsystems von ca. 55 N/cm3, die entgegen der Schwerkraft wirkt, vorgenommen. Die Positionierung erfolgte axial im Magnetsystem. Aus den erstarrten Schmelzen wurden örtlich definiert Proben entnommen und daran Untersuchungen zur Dichte, den magnetischen Eigenschaften (VSM) sowie zur Phasenanalyse (XRD) und den chemischen Eigenschaften (RFA, Cerimetrie, ICP-OES) vorgenommen, um etwaige Veränderungen der Verteilung der paramagnetischen Ionen (Fe2+ und Fe3+) in der Schmelze unter der Einwirkung der magnetischen Feldgradientenkräfte zu untersuchen. Zusätzlich wurde das Erstarrungsverhalten (STA) der Schmelze untersucht. Hierbei ergaben sich bei der Bestimmung der magnetischen Eigenschaften, der Dichte sowie der Verteilung an Fe2+-Ionen Ergebnisse, die mit der Wirkung der magnetischen Feldgradientenkraft interpretiert werden können. Allerdings wirken bei der Erstarrung der Schmelze viele Einflussfaktoren, die schwer abzuschätzen und zu kontrollieren waren, sodass innerhalb dieser Arbeit nicht geklärt werden konnte, in welchem Maße die magnetische Feldgradientenkraft für die gefundenen Veränderungen verantwortlich ist und ob sie die Ionenverteilung in der Schmelze vor den Phasenbildungen verändert hat oder nur auf die in der Schmelze entstehenden ersten Kristallphasen wirkt. Ein direkter Nachweis bleibt damit Gegenstand der weiteren Forschung.

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Sol-Gel-Herstellung und Abscheidung von Niob dotierten Titandioxidschichten (Nb:TiO2) auf Substraten aus Glas, Polymer und Silizium. Schwerpunkte der Arbeit waren die Sol-Entwicklung und die Untersuchung der optischen und elektrischen Eigenschaften von Nb:TiO2 sowie der Struktur in Abhängigkeit von der anschließenden thermischen Behandlung. Für das Sol Gel Verfahren konnten verschiedene Herstellungswege aufgezeigt werden. Die Dotierkonzentration wurde bis 40 % variiert. Der Einfluss der Dotierung auf die Anatasbildung wurde bis 12 % ermittelt. Hierbei zeigte sich, dass keine unerwünschte Beeinträchtigung auftrat. Die Abscheidung aus der flüssigen Phase erfolgte mit Hilfe vier verschiedenen Methoden: Tauchen, Aufschleudern, Drucken und Rakeln. Mit allen Methoden konnten visuell geschlossene Schichten hergestellt werden, mit unterschiedlich guter Homogenität der Schichtdicke. Mit dem Gravurdruck konnten auch geometrische Objekte mit Strichbreiten im Bereich von 100 mym und mehr gedruckt werden. Dies eröffnet die Möglichkeit der materialsparenden Strukturierung ohne nachträglichen Abtrag. Über die anschließende thermische Behandlung der getauchten Schichten wurden die Kristallinität und die Transmission optimiert. Mit zunehmender Dotierung des Sols verschob sich die Kristallisationstemperatur nach oben. Dies konnte durch eine niedrige Aufheizrate 5 K/min kompensiert werden. Die Art des Ofens und dessen Atmosphäre haben einen wesentlichen Einfluss auf die Kristallphasenbildung und Transmission. Nach der Temperung im Gradientenofen bei 400 &ring;C und einer Haltezeit von 10 min konnte Anatas nachgewiesen werden. Die dotierten Schichten aus dem Gradientenofen wiesen im sichtbaren Bereich eine geringe Absorption von max. 10 % auf und besaßen eine Bandlücke von ca. 3,31 eV. Die Temperung unter Vakuum hatte einen negativen Einfluss auf die Transmission. Die AFM-Aufnahmen gaben Hinweise darauf, dass die getemperten Schichten nicht porenfrei waren. Das Gefüge war körnig, mit typischen Korndurchmessern im Bereich von 40 nm. Für dünnere Schichten kann dies durch Veränderungen des Sol-Rezeptes optimiert werden. Die Schichten erreichten keine mit der Vierpunkt Messmethode bestimmbare Leitfähigkeit. Messungen der Durchleitfähigkeit waren ebenfalls nicht aussagekräftig. Aufgeschleuderte TiO2 bzw. Nb:TiO2-Schichten konnten in den bestehenden Aufbau einer Polymer-Solarzelle integriert werden. Diese Schichten wurden mit der Heizplatte getrocknet. Die Vermessung der I-U-Kennlinie zeigt, dass eine 6 % Dotierung des Titandioxids mit Nb vorteilhaft ist.

Durch die geänderten Ansprüche und Rahmenbedingungen der Fahrzeugindustrie, ist eine Gewichtsreduktion der Modelle notwendig. Im Bereich der Fahrzeugsitze, weist die aktuelle Stahlstruktur nur noch wenige Potentiale in dieser Richtung auf. Aus diesem Grund untersucht die vorliegende Arbeit ein neues Konzept eines Frontsitzes aus faserverstärktem Kunststoff. Dabei wird dieser in 3 Teile geteilt: eine einteilige Sitzschale, den Unterbau und das Polstermaterial. Die geforderten mechanischen Festigkeiten werden mit Hilfe der FE-Methode simuliert und anschließend in mehreren Iterationsschritten in die Konstruktion eingebracht. Der Unterbau beinhaltet eine innovative Beeinflussung aller Verstellwege, um durch eine vereinfachte Konstruktion Gewicht zu sparen und gleichzeitig einen großen Teil von potentiellen Insassen abzudecken. Auch hier kommt faserverstärkter Kunststoff zum Einsatz, um durch einen angepassten Versagensverlauf Gewicht zu sparen. Die Arbeit analysiert diesen auf die Vorgänge des Materials bei Belastung. Den Komfort und die Ergonomie des Konzeptes bestätigen Probandenuntersuchungen eines Musters, aus denen zukünftige Schritte ableitbar sind. Die Polstermaterialien werden auf ihre klimaphysiologischen Eigenschaften untersucht, mit Hilfe verschiedener thermischer Experimente. Dabei zeigt sich, dass mit neuen Materialien bessere Eigenschaften geschaffen werden können, die gleichzeitig zur Vereinfachung und Gewichtsreduktion der Konstruktion beitragen.

Bereits seit der frühen Automobilentwicklung Anfang des 20. Jahrhunderts werden Glasscheiben in Fahrzeugen verbaut. Erstmals wurden Glasscheiben als transparenter Windschutz vor dem Fahrersitz verbaut. Spätestens seit Mitte der 20er Jahre waren Vollverglasungen sowohl bei Fahrzeugen mit geschlossenen Fahrgasträumen als auch bei hochwertigen Cabriolets Standard. In den vergangenen Jahren hat es, bedingt durch neue Technologien und dem Ziel nach mehr Sicherheit, Komfort und Qualität, immer mehr Verbesserungen und Neuerungen gegeben. So gibt es beispielsweise moderne Verbundsicherheitsverglasungen, die unter anderem wärme- und geräuschdämmende Eigenschaften, eine höhere Schlag- und Stoßfestigkeit, bei immer geringer werdendem Gewicht besitzen. Eine innovative Zusatzfunktion bei Verbundgläsern besteht in der Möglichkeit die Transmissionseigenschaften der Verglasung per "Knopfdruck" aktiv zu verändern. Ziel dieser Master-Thesis ist die Integration einer Verbundglasscheibe mit veränderbaren Transmissionseigenschaften in das Schiebedachmodul des Porsche Carrera. Dabei wird unter Berücksichtigung von definierten Kriterien eine Auswahl für eine geeignete Technologie im Schiebedachbereich erfolgen. Diese Kriterien befassen sich unter anderem mit der genauen Funktion der schaltbaren Transparenz, den Transmissionseigenschaften, der elektrischen- und der Verbrauchersicherheit. Nachdem die äußeren Randbedingungen für die Integration einer geeigneten schaltbaren Verglasung bekannt sind, wird die Konzeptphase gestartet. Darin werden verschiedene Kontaktierungskonzepte erarbeitet, um eine bestmögliche Energieversorgung der notwendigen elektrischen Bauteile zu gewährleisten. Dabei wird jedes Konzept hinsichtlich der Eingliederung in den vorhandenen Bauraum, der Funktion des Systems, des Fertigungs- und Kostenaufwandes und der Sicherheit näher betrachtet und beurteilt. Nach der Auswahl eines geeigneten Konzepts wird diese Variante detaillierter im CAD-Programm CATIA V5 ausgearbeitet. Abschließend wird ein Musteraufbau realisiert. Mit dem Musteraufbau werden Versuche durchgeführt, um die Funktion des entwickelten Entwurfs zu beurteilen und weitere Optimierungspotenziale aufzudecken.

Mit der Zielstellung das Fahrzeugfahren sicherer und komfortabler zu gestalten, entwickelt die Continental AG® innovative Fahrerassistenzsysteme für den internationalen Markt. Das immer größer werdende Spektrum der Assistenzsysteme für die aktive und passive Fahrersicherheit erfordert zuverlässige und kompakte Sensoren um die Fahrzeugumgebung hinreichend genau zu erfassen. Neben Infrarot- und Radarsensoren gewinnen kamerabasierte Assistenzsysteme dabei zunehmend an Bedeutung. Diese können eine Vielzahl von Funktionen (z. B. Verkehrszeichenerkennung) durch Auswertung der Bilddaten realisieren. In der vorliegenden Arbeit wird das aktuelle Aufbau- und Justagekonzept der Fahrerassistenzkamera MFC300® vorgestellt und mit Blick auf die Toleranzen des Systems analysiert. Dabei werden die Toleranzketten arithmetisch und statisch aufgestellt und berechnet. Basierend auf der Toleranzanalyse werden die kritischen Stufen des Aufbau- und Justagekonzepts aufgezeigt. Weiterhin enthält die Arbeit eine Patentrecherche um einen Überblick über bestehende Kamerakonzepte zu gewinnen und das aktuelle Konzept mit dem Wettbewerb vergleichen zu können. Ausgehend von den Ergebnissen, werden alternative oder optimierte Aufbau- und Justagekonzepte entwickelt und bewertet.

In dieser Arbeit wird der Erosionsmechanismus von Zündkerzenelektroden aus verschiedenen Iridiumbasislegierungen untersucht. Es wird die Abhängigkeit des Verschleißes von der Temperatur, des Durchmessers und des Abstands untersucht. Die befunkten Oberflächen werden mittels REM/EDX hinsichtlich Morphologie und chemischer Zusammensetzung charakterisiert. Es werden Spannungskurven für verschiedene Oberflächenzusammensetzungen und Temperaturen aufgenommen und miteinander verglichen. An befunkten Iridiumlegierungen bildet sich in Abhängigkeit der Temperatur eine rhodiumreiche Randschicht aus, welche den Erosionsmechanismus sowie das Abdampfverhalten von Iridiumoxiden beeinflusst. Während der Befunkung abgelagertes Nickeloxid beeinflusst den Verschleiß deutlich. Die Abhängigkeit dieser Ablagerungen von Elektrodenmaterial, Elektrodendurchmesser und Elektrodenabstand werden untersucht.

Die vorgestellte Arbeit beschäftigt sich mit der ortsaufgelösten Bewertung von Inhomogenitäten im Auslauf eines Durchlaufmischers. Als Messgröße dient die Konzentrationsverteilung von in das Modellfluid eingebrachten Tracern, die optisch über ein 3D-Laserscanverfahren erfasst und quantitativ bewertet wird. Der den Bewertungen zugrunde gelegte Durchlaufmischer stellt das Modell eines Feederkanals dar, und kann sowohl mit einemmechanischen als auch elektromagnetischen Rührer betrieben werden. Zur Visualisierung des Mischungszustandes wird am Einlauf des Mischers eine mit Partikeln beladene Schliere eingebracht, die durch das jeweilige Rührverfahren in das Modellfluid eingerührt wird. Die Verteilung der Tracer nach den Rührvorgängen wird in einer Durchlaufküvette am Auslauf des Durchlaufmischers bestimmt. Dazu wird ein Linienlaser der Wellenlänge 660 nm schrittweise durch die Küvette verfahren und das an den Partikeln gestreute Laserlicht durch eine im rechten Winkel zur Einstrahlrichtung des Lasers angeordneten Kamera erfasst. Durch ein eigenentwickeltes Makro für das Bildverarbeitungsprogramm ImageJ werden die Partikelverteilungen in den erhaltenen Bildern der gesamten Messzelle bewertet und zur Mischgradbestimmung eingesetzt. Die Bestimmung der Homogenisierungswirkung bei unterschiedlichen Prozessparametern legt die Wirksamkeit bzw. die Grenzen des Verfahrens dar.

Im Zuge der stetigen Ressourcenverknappung müssen Automobile immer effektiver und sparsamer entwickelt werden. Ein Schritt ist die mechanische Entkopplung der Nebenaggregate vom Motor. So werden beispielsweise der Kühlerlüfter, die Ölpumpe oder die Kühlmittelpumpe separat betrieben. Das gestattet einen kleineren, und damit leichteren und sparsameren Antrieb. Für die Nebenaggregate bedeutet das, dass diese ausschließlich im Bedarfsfall aktiviert werden können und keine ständige Last darstellen. Mit der steigenden Zahl elektrischer Antriebe sind Konzepte gefragt, die auf den Einsatz von kostenaufwändigen Selten Erden Magneten verzichten. Eine mögliche Lösung hierfür bietet der Reluktanzmotor, der gänzlich ohne den Einsatz von Permanentmagneten auskommt. Eine Einbindung solcher Antriebe im Kfz steckt noch in den Kinderschuhen. Gerade unter dem Gesichtspunkt der Anwendung leistungsfähiger Materialien und Fertigungstechnologien sind ausgereifte Lösungen gefragt. Ziel dieser Arbeit ist es, den Einsatz von Reluktanzantrieben für Nebenaggregate im Automobil, speziell für die Kühlmittelpumpe, zu ermöglichen. Dabei soll unter Anwendung von Kunststoffen und dem Einsatz von "Somaloy", als weichmagnetischer Stator-/Rotorwerkstoff, eine hochintegrierte Baugruppe entworfen werden. In Anlehnung an die Aufgabenstellung werden Integrationstechniken für eine Anwendung von Kunststoffen in elektrisch betriebenen Nebenaggregaten vorgestellt. Anschließend werden am Beispiel einer Kühlmittelumwälzpumpe Konzepte entwickelt, um Nebenaggregate mit Reluktanzantrieben unter Anwendung von Kunststoffen konstruktiv umsetzen zu können. Mit dem darauf aufbauenden Konstruktionsprozess entsteht ein technischer Entwurf, der zuletzt als Funktionsmuster umgesetzt wird.

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.

Für den neuartigen Fahrzeugboden eines Nutzfahrzeuges, der aus faserverstärktem Kunststoff produziert werden soll, wird in dieser Arbeit ein Modularisierungskonzept erarbeitet. Es ist das Ziel des Konzepts, durch Variantenoptimierung und Modularisierung eine Komplexitätsreduktion herbei zu führen. Im Zuge der Arbeit werden dafür verschiedene Modularisierungsstrategien beleuchtet und aus diesen Strategien eine Synthese in Form einer Richtlinie erarbeitet. Im weiteren Verlauf der Arbeit kommt diese Richtlinie zur Anwendung. Die wichtigsten Elemente der Richtlinie sind die Klärung der Projektstruktur, erfassen der Projektanforderungen, Reduktion der Varianten, Modularisierung der Komponenten und Bewertung der Ergebnisse. Am Ende der Arbeit kann ein erfolgreich angewandtes Modularisierungskonzept vorgewiesen werden, welches für die Entwicklung weiterer Fahrzeugbodengruppen verwendbar ist.

Der stetig ansteigende Bedarf an Faserverbundkomponenten stellt ihre Hersteller, insbesondere im Bereich der wirtschaftlichen Produktionskriterien, vor neue Herausforderungen. In diesem Zusammenhang hat die Liquid Composite Moulding (LCM)-Technologie, zu der unteranderem das Resin Transfer Moulding (RTM)-Verfahren zählt, in den letzten Jahren enorm an Bedeutung gewonnen. Voraussetzung für die Herstellung von Faserverbundbauteilen mit Hilfe der LCM-Technologie ist jedoch die Verfügbarkeit von trockenen, textilen Vorformlingen, sog. Preforms. Eine kostengünstige Herstellung dieser Preforms stellt eine Schlüsselposition innerhalb der RTM-Prozesskette dar. Sie bestimmt in entscheidendem Maße die wirtschaftliche Produktion LCM-gefertigter Bauteile. Dahingehend soll das LCM-Bauteilspektrum der Firma Eurocopter mit Hilfe einer innovativen und praxisnahen Serien-Fertigungsstrategie für die Preformherstellung ausgelegt werden. Ausgehend vom Bauteilspektrum sowie der einzelnen Preform-Entwicklungsstufen innerhalb des Herstellungsprozesses wird die aktuelle Prozesskette zur Preformherstellung näher beschrieben. Nach der Analyse werden neue mögliche Alternativoptionen für die einzelnen Prozessschritte innerhalb der Prozessmodule nach dem jeweils gleichen Schema, d.h. durch ihr Prinzip, ihrer notwendigen Anlagentechnik, der benötigten Zykluszeit, ihrer Flexibilität sowie ihres Automatisierungsvermögens, erörtert. Mit Hilfe einer in der Arbeit entwickelten Methode entsteht am Ende die Möglichkeit die einzelnen Preforms einer optimierten Prozesskette zuordnen zu können, um daraus einen optimierten Herstellungsprozess zu generieren.

In dieser Arbeit wird das Design und die Herstellung mikrooptischer Elemente mittels DRIE untersucht. Es wird das Tiefenstrukturieren von Kieselglas als Standardprozess der Plasmatechnologie charakterisiert. Ziel ist unter anderem ein Konzept für ein Freistrahlinterferometer. Strahlteiler sind das wichtigste Element für den Aufbau eines integrierten Interferometers. Schwerpunktmäßig wurden Strahlteiler basierend auf dem Brechungsgesetz und der Interferenz an Mehrfachschichten behandelt. Bestehende Ätzprozesse wurden charakterisiert, und daraus ein optimierter Ätzprozess zum tiefen Glasätzen entwickelt. Es wurde ein Wellenleiter, in Form eines neuartigen SiO2 Schichtsystems, entwickelt. Damit konnte eine Integration der Elemente zu einem Interferometer erzielt werden. Eine Prozessfolge zur Herstellung der Elemente wurde entwickelt und die technologischen Grenzen festgelegt. Mit dieser Prozessfolge konnten erfolgreich optische Strukturen hergestellt werden. Ein optischer Messstand wurde aufgebaut und die hergestellten Komponenten charakterisiert. Es konnte eine erfolgreiche Strahlteilung an tiefgeätzten Glasstrukturen einer Designvariante durchgeführt werden. Aus den Ergebnissen wurden die Anforderungen an die Herstellung mikrooptischer Elemente abgeleitet.

Die weltweit vorangetriebene Miniaturisierung von Sensoren, Aktoren und elektronischen Bauelementen führt zu steigenden Anforderungen an die Lithografie als Verfahren zur Reproduktion von Strukturen auf einem Substrat. Als hochauflösendes, durchsatzorientiertes und kostengünstiges Verfahren ist seit 1995 die Nanoimprint-Lithografie (NIL) bekannt. Bei diesem Lithografieverfahren wird ein strukturierter Stempel in eine zähflüssige Lackschicht gepresst, wobei der Lack durch Kapillarkräfte die Kavitäten der Stempelstrukturen ausfüllt. Vor dem Entfernen des Stempels wird der Lack ausgehärtet. Im Fall der ultravioletten Nanoimprint-Lithografie (UV-NIL) wird ein transparenter Quarzglasstempel verwendet, durch welchen der Lack mittels UV-Belichtung ausgehärtet wird. Am Zentrum für Mikro- und Nanotechnologien (ZMN) der TU Ilmenau steht die Maskenjustier- und Belichtungsanlage MA/BA8 Gen3 (MA8) der Firma SÜSS MicroTec AG für die Fotolithografie zur Verfügung. Mit einem Einsatz zur Stempelaufnahme kann die Anlage für UV-NIL umgerüstet werden. Das Ziel der vorliegenden Diplomarbeit ist die Etablierung des UV-NIL-Prozesses am MA8 sowie die Übertragung der durch einen NIL-Stempel definierten Strukturen in mikrotechnologisch relevante Substratmaterialien wie z.B. Silicium, Siliciumoxid und Siliciumnitrid mittels reaktivem Ionenätzen an der Trockenätzanlage Plasmalab System 100 von Oxford Instruments Plasma Technology (RIE Oxford). Der Stempel ist das strukturdefinierende Element des UV-NIL-Prozesses. Im Rahmen dieser Arbeit wurden zunächst Hersteller kundenspezifisch gestalteter Stempel recherchiert und Angebote für im MA8 einsetzbare Stempel eingeholt. Aufgrund der hohen Kosten wurden diese Stempel jedoch nicht angeschafft. Für die Erprobung des UV-NIL-Prozesses wurden stattdessen Möglichkeiten zur Herstellung von Teststempeln am ZMN überprüft. Die Herstellung von Teststempeln mit einer Grundfläche von 1cm× 1cm und minimalen lateralen Strukturabmessungen von 700nm mittels Fotolithografie und anschließendem Ätzprozess wurde demonstriert. Als Befestigung der Teststempel auf einem Trägersubstrat zur Aufnahme im MA8 wurde die Verwendung von Thermorelease-Folie erfolgreich erprobt. Die Abformung der Teststempel in die UV-NIL-Lacke mr-UVCur06 und mr-UVCur21 (Micro Resist Technology GmbH) konnte am MA8 erfolgreich demonstriert werden. Standardparameter für die Prozessführung wurden festgelegt. Das vor der Strukturübertragung erforderliche Entfernen der Restlackschicht mittels Sauerstoffplasma wurde an der RIE Oxford etabliert und die Ätzraten für die UV-NIL-Lacke bestimmt. Die Übertragung der mittels UV-NIL definierten Strukturen in Silicium und Siliciumnitrid an der RIE Oxford wurde erfolgreich demonstriert und für die jeweiligen Prozesses die Selektivität des UV-NIL-Lacks mr-UVCur06 bestimmt. Zudem konnte durch geeignete Prozessführung trotz inhomogener Abformung die vollständige Stempelstruktur in Siliciumnitrid (Ätzstopp auf Silicium) übertragen werden.

Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit von Aluminium-, eloxierten Aluminium- und Edelstahl-Substraten untersucht, die mit SiO2-Schichten, die mit einem neu entwickelten Niedertemperatur-APCVD-Verfahren bei unterschiedlichen Prozessparametern abgeschieden wurden, beschichtet wurden. Die Proben wurden einerseits mit verschiedenen Messverfahren auf ihre physikalisch-chemischen Eigenschaften hinsichtlich Haftfestigkeit, Gitterstruktur, Morphologie, Stöchiometrie, Rauigkeit und atomar-chemische Zusammensetzung untersucht und andererseits wurden ihre korrosionshemmenden Eigenschaften mit einem Standard-Salznebelsprühtest sowie einem selbst entwickelten Schnelltest im Salzsäuredampf charakterisiert. Mit dem standardisierten Salzsprühtest nach DIN ISO 50900 konnte nachgewiesen werden, dass die SiO2-Schichten eine gute Schutzfunktion haben. Da dieser Test einerseits sehr lange dauert und andererseits keine Differenzierung zwischen den Proben ergab, wurde ein Schnelltest in Salzsäuredampf entwickelt, der deutlich Unterschiede im Korrosionsverhalten der Proben zeigte. Durch die Versuche wurde ermittelt, dass Korrosionstests in Salzsäuredampf aus niedrigprozentiger Salzsäurelösung (5% bis 15%) über Zeiträume von wenigen Stunden zu aussagefähigen Ergebnissen führen. Mit optischer Mikroskopie und REM wurden die Korrosionsschäden nachgewiesen. Dabei wurden deutliche Unterschiede zwischen den Substratmaterialien unbeschichtetes Aluminium, eloxiertes Aluminium und Edelstahl gefunden. Die Untersuchungen zeigen, dass es deutliche Unterschiede im Korrosionsschutz zwischen mit unterschiedlichen technologischen Parametern, z.B. der Essigsäuremenge, hergestellten SiO2-Schichten gibt. Erstaunlicherweise bewirkt eine Vergrößerung der Schichtdicke keine Verbesserung des Korrosionsschutzes. Die Korrosionsschäden beginnen häufig als punktförmige Defekte zu entstehen. Um den Korrosionsmechanismus zu untersuchen, wurden Proben auf vor der Beschichtung durch Elektropolieren und Sandstrahlen präparierten Substraten abgeschieden. Durch den Test in Salzsäuredampf über 15%-iger Salzsäurelösung wurde festgestellt, dass die Korrosionsbeständigkeit der Proben auf polierten Substraten stark verbessert war. Statt einer Stunde könnten die Proben mit Vorbehandlungen mehrere Tage im Salzsäuredampf vor Korrosion schützen. Das Ergebnis legt nahe, dass Substratdefekte wie Rauigkeit, Poren, Lunker sowie Bearbeitungsspuren für die Ausbildung von Korrosionsherden verantwortlich sind. Diese Oberflächendefekte bewirken mit großer Wahrscheinlichkeit auch Defekte in der Schicht, die dann erste Angriffspunkte für Korrosion sind. Das vielleicht erstaunlichste Ergebnis zeigten SiO2-Schichten auf sandgestrahlten Aluminiumoberflächen. Schichten auf derartig vorbereiteten Substraten zeigten einen deutlich verbesserten Korrosionsschutz. Es wäre interessant zu prüfen, ob sich diese Ergebnisse bestätigen lassen. Gegenüber Verfahren wie Elektropolieren ist Sandstrahlen für fast alle Oberflächen und Geometrien anwendbar. Gleichzeitig ist es ein sehr umweltfreundliches Verfahren, bei dem keine umweltbelastenden Produkte verwendet werden oder entstehen. Es ist zu prüfen, ob Methoden wie das Strahlen mit definierten SiO2-Kügelchen, wie es häufig bei Produkten der Vakuumtechnik verwendet wird, zu noch besseren Ergebnissen führen kann. Zusammenfassend kann man sagen, dass die mit dem neuartigen Niedertemperatur-APCVD-Verfahren hergestellten SiO2-Schichten den Korrosionsschutz von Aluminium, eloxierten Aluminium und Edelstahl teilweise deutlich verbessern. Sowohl die Abscheideparameter als auch die Substrateigenschaften haben darauf einen starken Einfluss. Der entwickelte Schnelltest in Salzsäuredampf ist gut geeignet, den Korrosionsschutz der Schichten in kurzer Zeit zu testen. Er erfordert einen sehr geringen Aufwand und die Auswertung kann mit einem einfachen Mikroskop erfolgen.

Um im Großanlagenbau den geforderten Qualitätsbedürfnissen gerecht zu werden, bedarf es einer fertigungsbegleitenden Überwachung von Bauteilen. Eine eigene Abteilung wird in das Unternehmen integriert, um diese zu koordinieren beziehungsweise durchzuführen. Die Analyse und Verbesserung der Arbeit dieser Abteilung ist die Aufgabe dieser Ausführungen. Zunächst werden Möglichkeiten der Organisationsgestaltung aus der Literatur erörtert um den gegebenen Sachverhalt verstehen zu können. Hierbei wird sowohl auf Formen der Organisationen, als auch auf die Situation im Großanlagenbau mit seinen speziellen Herausforderungen eingegangen. Es werden grundsätzliche Möglichkeiten der Gestaltung von Organisationen aufgezeigt, als auch Vor- und Nachteile dargestellt. Ebenso wird der allgemeine Prozess einer Produkterstellung im Anlagenbau beschrieben. Dabei wird der Unterschied im Lieferantenmanagement im Vergleich zu anderen Branchen hervorgehoben und dargestellt. Im weiteren Verlauf werden alle essentiellen Punkte der Prozesstheorie und Prozessdarstellung beschrieben. Zunächst erfolgt die Definition von Prozessen in der Theorie. Darauf aufbauend werden Gründe für deren Verbesserung dieser dargelegt. Mögliche Ziele als Motivation und Aufzeigen der erreichbaren Möglichkeiten, sowie anwendbare Methoden rahmen das Kapitel der Prozessverbesserung ein. Zur Prozessdarstellung werden alle Werkzeuge aufgezeigt. Der nächste Schritt ist eine Ist-Analyse mittels einer Mitarbeitermeinungserhebung. Dazu werden Mitarbeiter in Einzelgesprächen interviewt um im Anschluss eine anonymisierte Auswertung zu erstellen. Eine zweigeteilte Analyse gibt zunächst die Performance der betrachteten Abteilung wieder und im stellt im nächsten Schritt Probleme und Herausforderungen dar. Für die Befragung wurde ein eigens entwickelter Fragebogen verwendet. Auf Basis dieser Daten werden die gegebenen Noten analysiert und Gründe für die Vergabe gefunden. Im zweiten Teil der Befragung werden die Beantwortungen der Fragen stichpunktartig vollführt. Dadurch lassen sich Probleme in der Zusammenarbeit spezifisch herausstellen, wie auch Informationen zur Prozessdefinition sammeln. In der Konzeptionierung werden alle mit der Abteilung zusammen hängende Prozesse definiert und abgestimmt. Somit ist ein Ansatz für das am häufigsten genannte Problem erstellt und ein Weg für darauf aufbauende Arbeit geschaffen.

In der vorliegenden Masterarbeit werden Anforderungen an die Architektur eines implantierbaren Augeninnendrucksensors erarbeitet. Die Anwendung dieser Sensoren richtet sich vor allem an Patienten mit Glaukom-Erkrankung (Grünen Star). Bei dieser Risikogruppe besteht die Gefahr, dass der Augeninnendruck einen kritischen Grenzwert von 22 mmHg (= 2,926 kPa) übersteigt. Da diese Grenze tagesformabhängig nur zeitweilig überschritten wird, ist ein kontinuierlicher Messvorgang erforderlich. Der Schwerpunkt der Arbeit liegt in der Entwicklung der Druckmesszelle und dem Aufbau eines Prototyps. Nach einer Recherche zum Stand der Technik erfolgt die Konzeption eines Absolutdrucksensors. Insbesondere werden neue Anwendungsmöglichkeiten von Aluminiumnitrid (AlN) als Membranmaterial untersucht. Der Vorteil in der Verwendung von AlN liegt in der hohen mechanischen Belastbarkeit. Zudem besitzt es piezoelektrische Eigenschaften, welche für die Entwicklung eines Mikrogenerators genutzt werden können. Die Dimensionierung der geometrischen Parameter erfolgt mit Hilfe einer automatisierten, modellgestützten Parameteroptimierung in Maple. Die Beschreibung der Randbedingungen des Optimierungsverfahrens wurde auf Grundlage der Umgebungseigenschaften im Auge festgelegt. Hieraus ergeben sich u.a. der Messbereich (60 bis 130 kPa), die zur Verfügung stehende Sensorfläche (= 1 mm) und eine gewünschte hohe Empfindlichkeit des Sensors mit einer Auflösung von 1 mmHg (= 133 Pa). Das Optimierungsverfahren umfasst die Bestimmung der Kammerhöhe, Membrandicke sowie Membranfläche und bildet die Grundlage für den Entwurf und die Fertigung eines Maskensatzes zur Fotolithographie und des dazugehörigen Flow-Charts. Als Vorbereitung zur Umsetzung der notwendigen Prozessschritte wurden am Zentrum für Nano- und Mikrotechnologien (ZMN) Vorversuche durchgeführt. Dazu wurde die Membran als geometrisches Primitiv ("lines and spaces") nachgebildet. Damit konnten Aussagen zur lokalen Verteilung intrinsischer Spannungen, Abscheidung und Kantenbedeckung von mehrschichtigen Membranen auf der Opferschicht sowie Ätzrate bzw. Selektivität von HF-Dampf bezüglich Siliziumoxid und -nitrid, getroffen werden. Die gezogenen Rückschlüsse aus der wissenschaftlichen Auswertung der Vorversuche flossen zur Findung stabiler Prozesskombinationen und parameter in die Sensorfertigung ein. Zeitgleich wurde zur Überprüfung der Sensoren ein Messplatz aufgebaut und auf dessen grundlegende Funktionsfähigkeit getestet.

Die folgende Arbeit befasst sich mit der Charakterisierung des Wachstums von intermetallischen Gold/AluminiumPhasen mit Hilfe von EBSD. Dafür werden einerseits Golddrahtbondverbindungen auf Aluminiumschichten, als auch Aluminiumdrahtbondverbindungen auf Goldsubstraten für EBSD zielgerichtet präpariert. Zusätzlich soll das Phasenwachstum verschiedenartig zusammengesetzter Gold/AluminiumSchichtsysteme untersucht werden. Mittelpunkt der Arbeit ist es, bisherige Untersuchungsergebnisse zu uberprüfen, gegebenenfalls zu korrigieren oder zu erweitern. Dabei werden die vielfältigen Möglichkeiten der EBSDUntersuchung herausgestellt und zur Beschreibung der Mikrostruktur der intermetallischen Phasen genutzt.

Ausgangspunkt dieser Arbeit war die Überlegung, das Einsatzgebiet von Vakuumisolationspaneelen (VIP) zu erweitern und diese in Systemen mit höheren Temperaturen (z.B. thermische Flachkollektoren) einzusetzen. Ausgasungen des Kernmaterials können den Vakuumdruck im Inneren vergrößern und werden durch steigende Temperaturen beschleunigt. Ein höherer Druck führt zu einer Steigerung der Gaswärmeleitfähigkeit und damit einer Verringerung der Dämmwirkung des VIP, in denen die Gaswärmeleitfähigkeit durch Evakuieren des Kerns normalerweise nahezu null ist. In dieser Arbeit wurden verschiedene Faserkernmaterialien bezüglich ihres Ausgasungsverhalten bei Erwärmung untersucht. Zur quantitativen Erfassung der Ausgasungen wurden die Proben im Vakuum während einer 24h-Heizperiode (Heiztemperatur 230&ring;C; mittlere Probentemperatur 160&ring;C) gewogen und somit die Ausgasungsmassen direkt gemessen. Um die qualitative Zusammensetzung der abgegeben Stoffe zu identifizieren, wurden die ausgegasten Stoffe zeitgleich mit einem Massenspektrometer analysiert. Mit Hilfe der Gaszusammensetzung ist eine Zerlegung des totalen Masseverlustes in gasartspezifische Masseverluste und mit ihnen die Umrechnung in Partialdruckänderungen möglich (Modell der idealen Gasgleichung). Diese Partialdrücke verursachen Änderungen der Gaswärmeleitfähigkeit je Gaskomponente, die in eine gesamte Änderung der Gaswärmeleitfähigkeit für das Gasgemisch umgerechnet werden können. Die Ergebnisse zeigen, dass die unbehandelten Materialien Ausgasungsraten zwischen 1 und 9 mg je g Probenmasse aufzeigen, wobei Materialien mit Bindemitteln die höchsten Masseverluste vorweisen. Die Gaswärmeleitfähigkeit des Gasgemisches ist jedoch nach Berechnungen bereits ab ca. 0,8 mg/g Ausgasungsmasse voll ausgebildet. Alle Ausgasungen sind vor allem durch einen hohen Wasseranteil bis zu 90% bei Binder freien Materialien gekennzeichnet. Der verbleibende Teil setzt sich aus H2 (ca. 2%), CO (ca. 4%) und CO2 (ca. 4%) zusammen. Enthält das Material Bindemittel, so sinkt der Wasseranteil der Ausgasungen auf ca. 40-50%. Hingegen steigt der Restanteil, der auf sich zersetzende Bindemittel beruht. Schlussfolgernd ist festzuhalten, dass die unbehandelten Materialien (vorzugsweise ohne Binder) definitiv eine Temperaturvorbehandlung mindestens zur Eliminierung von Wasser benötigen, um sie für "Hochtemperatur-VIPs" einsatzfähig zu machen.

Zur Herstellung innovativer Automobile sind innovative Fertigungsprozesse nötig. Die Daimler AG hat mit der "RobScan" - Technologie, einer Remote - Laserstrahlschweißanlage, ein solches zukunftsträchtiges Fertigungsverfahren entwickelt, welches dem im Automobilbau vorherrschenden Schweißverfahren des Widerstandspunktschweißens Konkurrenz macht. Die Aufgabe in dieser Diplomarbeit besteht darin, pressgehärteten Stahl mit Hilfe des "RobScan" - Verfahrens zu verschweißen. Dieser wird eingesetzt um crashrelevante Teile für das Fahrzeug herzustellen und ist somit extrem wichtig für die Fahrzeugsicherheit. Es kommen 2 typische Blechverbindungen zum Einsatz, wie sie derzeit an einer aluminiumbeplankten Seitenwand aus Stahl verwendet werden. Die Problematik des beim Schweißen verwendeten pressgehärteten Stahls, stellt dessen Korrosionsschutzbeschichtung dar, welche beim Laserschweißen intermediäre Phasen in der Schweißnaht ausbildet, die zu einer signifikanten Herabsetzung der Nahtfestigkeit führen. - In dieser Diplomarbeit wird deshalb eine Schweißvorschrift entwickelt, mit der diese Phasen vermieden werden können. Außerdem werden Möglichkeiten untersucht, die Nähte an den beiden Blechverbindungen hinsichtlich ihrer Festigkeit zu verbessern. Zu diesem Zwecke werden auch Werkstoffe mit alternativen Beschichtungen herangezogen.

Seit Beginn der industriellen Fertigung von Solarzellen gibt es fortlaufende Bemühungen den Wirkungsgrad zu steigern und gleichzeitig die Herstellungskosten zu senken. Die in dieser Arbeit untersuchte Methode zur Erzeugung einer p+ Dotierung in monokristallinen Siliziumsubstraten, unter Verwendung physikalisch abgeschiedener Aluminiumschichten, ermöglicht im Gegensatz zum derzeitigen Stand der Technik eine zukünftige Reduktion der Substratdicke, da die Durchbiegung (Bow) verringert werden kann. Der Einsatz einer Abdeckschicht, die auf die dünne Aluminiumschicht durch Siebdruck aufgebracht wird, erlaubt eine zusätzliche Reduktion des Bows. Mit einer Bestimmung der Leerlaufspannung sowie der Ladungsträger-Lebensdauer kann gezeigt werden, dass die Abdeckung den Dotierprozess nicht nachteilig beeinflusst. Entsprechend theoretischen Überlegungen basierend auf dem binären Aluminium-Silizium Phasendiagramm, kann das Dotierprofil durch eine Änderung der Aluminiumdicke sowie der Prozesstemperatur gezielt beeinflusst werden. Daneben wird durch eine Auswahl geeigneter Maßnahmen eine Verbesserung der Homogenität der dotierten Schicht angestrebt. Zur Charakterisierung werden Schichtwiderstandsmessungen und REM-Untersuchungen durchgeführt. In einem weiteren Untersuchungsfeld werden verschiedene Ätzlösungen erprobt, mit dem Ziel das Eutektikum sowie Rückstände und Ausscheidungen auf der Oberfläche der dotierten Schicht möglichst effektiv zu entfernen. Auf Basis der erarbeiteten Technologie werden abschließend Solarzellen mit p- sowie n-Typ Substraten produziert und durch Messung ihrer Kennlinie charakterisiert.

Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Herstellung von transparenten und leitfähigen Zinkoxidschichten durch Magnetronsputtern. Beim Sputtern mit keramischen Targets wurde der Einfluss von Schichtdicke, Leistung, Prozessdruck, Sauerstoffanteil in der Prozessatmosphäre, Dotierung und Temperatur auf optische und elektrische Schichteigenschaften untersucht. Auch die Auswirkungen von Temperaturbehandlung, Feuchtigkeit und Lagerung wurden untersucht. Stichworte: PVD; VSM; Transmission; TCO; AZO; Sauerstoffkonzentration; Temperatur; Temperaturbehandlung; Druck; Dotierung; Alterung; AFM; Leistung; XRD; UV; VIS; NIR

Elektronenstrahllithografie bietet die Möglichkeit der direkten Strukturierung im sub-10-nm-Bereich. Im Rahmen dieser Arbeit wurden die Einflüsse verschiedener Parameter wie Substrat, Metall, Lacksystem, Blendendurchmesser und einer leitfähigen Schicht auf die Lackbelichtung untersucht. Die Experimente wurden an mehreren Stellen durch Simulationen untermauert. Mit Hilfe der Monte-Carlo-Simulationssoftware CASINO konnte der Einfluss der variierten Parameter sowohl auf die Vorwärts- als auch auf die Rückwärtsstreuung betrachtet werden. Mit Beschleunigungsspannungen bis 20 kV und unter Verwendung von Hydrogen Silsesquioxane (HSQ) als Lack mit 40 nm Dicke konnten Linien bis 8 nm erzeugt werden. Um die erzeugten Strukturen in das Metall zu übertragen, wurden das Lift-off-Verfahren für PMMA-Lacke (Polymethylmethacrylat) und Ätzprozesse für den HSQ-Lack untersucht. Als Trockenätzprozess wurden sowohl Nickel als auch Chrom-Gold in einem ECR-Argonplasma geätzt, für Nickel konnte zusätzlich mit verdünnter Salpetersäure ein Nassätzverfahren gefunden werden. Die entstanden Strukturen wurden mit Hilfe der Augerelektronenspektroskopie analysiert und ausgewertet.

Das Laserstrahlschweißen findet in der Industrie eine immer breitere Anwendung. Durch die prozessspezifischen Vorteile bietet es vor allem dort Möglichkeiten, wo eine begrenzte Wärmezufuhr verlangt wird. So können Werkstoffe besser ausgenutzt und der Verzug reduziert werden. Um die Verzugsarmut dieses Verfahrens noch weiter zu optimieren, muss eine große Anzahl von Parametern berücksichtigt und angepasst werden. Die vorliegende Arbeit liefert eine Optimierungslösung für eine Schweißbaugruppe bei der Herstellung eines Doppelkupplungsgetriebes. Die Anzahl der bekannten Einflussgrößen wurde unter Berücksichtigung der Rahmenbedingungen des Prozesses reduziert. Die weiteren Untersuchungen sind im Rahmen einer statistischen Versuchsplanung durchgeführt worden. Ergebnisse dieser Studien wurden mittels einer Varianzanalyse, Signifikanztest und Konfidenzbetrachtung ausgewertet. Abschliessend werden Aussagen über die Möglichkeit den Laserstrahlprozess kurz- bzw. mittelfristig zu beeinflussen, um die Formänderung zu minimieren getroffen.

In multimedialen und medizinischen Anwendungen werden optische Prismen mit mikroskopischen Abmessungen benötigt, die nicht durch diskrete Brechungs- oder Ablenkungswinkel begrenzt sind. Eine mögliche Idee, um der Nachfrage nach solchen Prismen nachzukommen, besteht im Austausch des optischen Glases durch eine lichtdurchlässige Flüssigkeit, welche durch das Anlegen einer Spannung an die Flüssigkeit elektrostatisch oder mit dem "Electrowetting on Dielectrics" (EWOD) Effekt deformiert wird. Diese Diplomarbeit beschäftigt sich mit dem Entwurf und der Herstellung eines durchstimmbaren optischen Mikroprismas. Das Ziel dieser Diplomarbeit war ein aktives optisches Prisma das zur Strahlablenkung eingesetzt werden kann. Die Umsetzung dieses Ziels beinhaltete die Auswahl eines geeigneten Wirkprinzips aufgrund von durchgeführten Experimenten, die Auswahl der geeigneten Fertigungstechnologien sowie eine Untersuchung der Funktionen und Eigenschaften des Prismas. Diese Arbeit enthält einen Überblick über geeignete Flüssigkeiten für den Electrowetting-Effekt und eine Auswertung des aktuellen Standes der Forschung. Des Weiteren wurden verschiedene Entwürfe für ein Mikro-Prisma für eigene Untersuchungen konzipiert. Es wurde ein Herstellungsprozess für Elektroden entwickelt, auf denen die Kontaktwinkeländerung eines Tropfens durchgeführt werden konnte. Zusätzlich wurde ein Rezept für hydrophobe Beschichtungen mit einer verdünnten Lösung eines amorphen Fluorpolymers im Sub-Mikrometer-Bereich erstellt. Bei einem der beiden umgesetzten Konzepte konnte die Fläche zwischen zwei Flüssigkeiten durch den Electrowetting-Effekt geneigt werden was zu einer Strahlablenkung führte. Damit wurde die Funktionalität eines durchstimmbaren optischen Prismas nachgewiesen. Darüber hinaus wurde ein in der Literatur vorgestellter Demonstrator einer Mikroprismen-Anordnung analysiert und die Einschränkungen dieses integrierten Systems dargestellt. Eigene Anforderungen an ein integriertes System wurden ebenfalls präsentiert.

Am Zentrum für Mikro-und Nanotechnologien (ZMN) der Technischen Universität Ilmenau wurde ein neuer Mask Aligner MA8 der Firma SÜSS MicroTec in Betrieb genommen. Dieses System verfügt neben den Komponenten für die Standard-UV-Lithographie über zusätzliche Einrichtungen für die Nano-Imprint-Lithographie (NIL) mittels UV-Bestrahlung. Das Ziel dieser Arbeit ist die Etablierung der UV-gestützten Nano-Imprint-Lithographie (UV-NIL) am ZMN. Bei dieser hochauflösenden und parallelen Strukturierungsmethode werden Stempel aus Quarzglas in eine Schicht aus nieder-viskosem Resist gedrückt. Der Resist fließt in die Zwischenräume der einzelnen Strukturen und formt so die Oberfläche des Stempels präzise ab. Anschließend wird der Resist mittels UV-Bestrahlung durch den transparenten Stempel hindurch gehärtet. Danach kann der Stempel entformt werden und die gehärtete Resist schicht enthält ein Negativabbild der Stempelstrukturen. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde die NIL-Technologie allgemein vorgestellt und spezielle Varianten erläutert. Der UV-NIL Prozess unter Nutzung des neuen Mask Aligners und die anschließende Strukturübertragung in das Substrat mittels reaktivem Ionenätzen (RIE) konnten erfolgreich demonstriert und schließlich am ZMN etabliert werden. Dazu erforderliche und geeignete Materialien (Chemikalien, strukturierte Stempel und spezielle Trägerplatten aus Quarzglas) für die UV-NIL Prozesse wurden untersucht, gekauft und sind nun am ZMN verfügbar. Darüber hinaus wurden Prozesspläne für die Vorbereitung des Prozesses hinsichtlich der Substrate und der Stemple entwickelt. Prozessrezepte für die Übertragung von Silizium-Nanostrukturen wurden vorgestellt, angewendet und diskutiert. Des Weiteren wurde ein Prozess für die Abformung strukturierter Stempel unter Verwendung eines UV-härtbaren Hybridpolymers namens OrmoStamp (entwickelt von micro resist technology GmbH) vorgestellt. Hierzu benötigte Materialien sind ebenfalls am ZMN verfügbar. Schließlich wurde eine umfassende Untersuchung im Bereich der Herstellung von Stemplen mittels am ZMN verfügbarer Anlagen durchgeführt. Ein besonderes Augenmerk lag hierbei auf der Elektronenstrahl-Lithographie (EBL) zur Erzeugung von Nanostrukturen. Die Experimente wurden auf dem EBL-System RAITH 150 durchgeführt, wobei der spezielle Negativlack XR-1541 von Dow Corning® verwendet wurde. Mehrere Versionen von Maskenlayouts hoch auflösender Teststrukturen mit Größenordnungen von 1nm bis 10nm wurden entwurfen. Drei verschiedene Varianten für die Prozessierung des genannten EBL-Lacks mit unterschiedlichen Prozessparametern für die Substratvorbereitung und den Entwicklungsprozess konnten analysiert und verglichen werden.

Ziel der Diplomarbeit ist die Entwicklung und technologische Umsetzung eines thermomechanisch aktuierbaren Spiegelelementes zur Abstrahlwinkelvariation in einer LED-Vorsatzoptik. Als Grundlage dient der von der Firma OSRAM vorgegebene Forderungsplan und eine im Fachgebiet für technische Optik entworfene Vorsatzoptik für die OSTAR 6-Chip-LED der Firma OSRAM. - Als Ergebnis wird ein thermo-mechanischer Aktor aus dem Hochleistungsthermoplast PEEK präsentiert, mit dem Winkelveränderungen im geforderten Bereich möglich sind. Zur Fertigung der Aktoren werden Verfahren aus der Mikrosystemtechnik und dem Präzisionsmaschinenbau genutzt. Um die Eignung des Werkstoffes für diese Verfahren zu testen, werden umfassende Testreihen zur Metallisierung, Metallschichtstrukturierung und Laserbearbeitung der Folien durchgeführt. - Diese ergeben eine gute Haftung von in PVD-Verfahren abgeschiedenen Metallschichten auf dem Material und eine hohe chemische Beständigkeit der Folien im anschließenden Strukturierungsprozess. Zudem gelingt per Laserbearbeitung eine Vereinzelung und Strukturierung der Aktoren ohne das Material oder die Metallisierung zu beeinträchtigen. - Die Charakterisierung des thermo-mechanischen Verhaltens der Aktoren erfolgt anhand von Testcantilevern, wobei zwei unterschiedliche Leiterzugdesigns und verschiedene PEEK Folientypen analysiert werden. Dabei zeigt die teilkristalline Folie ohne Füllstoffe in Verbindung mit dem ersten Leiterzuglayout deutliche Vorteile gegenüber den anderen Proben. - Die starke Auslenkung einlagiger Testcantilever, die trotz geringem Temperaturgradienten über die Aktordicke erreicht wird, kann mit einem starken Anstieg des Ausdehnungskoeffizient von PEEK im betreffenden Temperaturbereich erklärt werden. Dieses als Pseudo-Bimorpheffekt beschriebene Verhalten ermöglicht große Auslenkungen bei einfachsten Aktorgeometrien. Des Weiteren wird gezeigt, dass ein klassischer U-förmiger Monomorphaufbau auf Grund dieses Effektes nicht realisiert werden kann. - In einer Simulation der Testcantilever mit der Simulationssoftware ANSYS kann der Pseudo-Bimorpheffekt analysiert und bestätigt werden. Zudem gelingt im Modell eine genaue Nachbildung der Temperaturverteilung auf den Strukturen, die sich mit Wärmebildaufnahmen der Testcantilever deckt. - Abschließend wird ein Prototyp der Vorsatzoptik mit integriertem thermomechanischen Aktor gefertigt und die Abstrahlcharakteristik vermessen. Die Abstrahlwinkelvariation ist in einem Bereich zwischen 10,8&ring; und 33,7&ring;.

Ziel dieser Arbeit soll der Aufbau von rotierenden Elektroden für Magnetfelduntersuchungen und Untersuchungen zur Überlagerung der von Magnetfeld und Rotation beeinflussten Hydrodynamik sein. Dazu werden Scheibenelektroden in Kombination mit Redoxelektrolyten eingesetzt. Des Weiteren werden Messungen an ebenen Elektroden durchgeführt, um den Einfluss der Magnetfeldstellung zum elektrischen Feld festzustellen. Außerdem folgen Untersuchungen, damit der Geometrieeinfluss der Abscheidungszelle und der Einfluss des Elektrolytvolumens dargestellt werden können. Ein weiterer Arbeitspunkt ist die Klärung des Magnetfeldeinflusses auf die Nickelabscheidung. Die zu untersuchenden Parameter sind neben der Magnetfeldstärke und seiner Stellung zum elektrischen Feld die Stromdichte, die Zusammensetzung der Elektrolyte, der Einsatz von organischen Zusätzen, sowie die Abscheidung mit Partikeln im Größenbereich von ca. 150 nm. Die Schichten werden umfassend mittels Röntgendiffraktometrie, Elektronenmikroskopie, Querschliff und GDOES charakterisiert. Diese Arbeit ist eine Fortführung meiner Studienarbeit, die sich mit der Konstruktion, dem Aufbau und der Erprobung einer geeigneten Rotationseinrichtung, die auch im Hochfeldmagneten einsetzbar ist, beschäftigte.

Nanostrukturiertes Silizium wird in der Mikrosystemtechnik aufgrund vielseitiger Einsatzmöglichkeiten immer bedeutsamer. Für das 'Black Silicon' existiert eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten. Eine innovative Verwendung dieser nadelartigen Oberflächenstruktur ist die Nutzung als mechanisches Bondinterface (Nano-Klettverschluss). Damit ist es möglich, verschiedene Mikrobauteile miteinander zu verbinden und komplexe MEMS, MOEMS und BioMEMS aufzubauen. - Basierend auf Vorarbeiten wurde ein Zuverlässigkeitsprüfstand, mit einem definierbaren Kraft-Zeitverlauf, konzeptioniert. Mit der Auswahl einer pneumatischen Krafterzeugung, in Verbindung mit einem speziellen Probendesign ist es möglich, kritische Fehlerquellen zu beseitigen und gleichzeitig einen Parallelaufbau (bis zu 8 Proben) zu realisieren. Der Kraftverlauf dieser pneumatischen Ansteuerung wurde für die Dimensionierung mit einem Simulationsprogramm (MULTISIM®) abgeschätzt. Auf diese Weise konnten verschiedene pneumatische Versuchsaufbauten simuliert und miteinander verglichen werden. - Der entwickelte Zuverlässigkeitsprüfstand kann sowohl für statische Belastungstests als auch für dynamische Dauerbelastungstests verwendet werden. Beim Dauerversuch wurde der rechteckförmige Druckverlauf der Schaltventile durch die beteiligten Bauteilkomponenten so abgeschwächt, dass ein kontinuierlicherer Verlauf, in Form einer steigenden und fallenden Exponentialfunktion, entsteht. - Um das Prinzip der pneumatischen Krafterzeugung zu realisieren, ist das Chipdesign und die damit verbundene Chipherstellung entsprechend angepasst. Die hohe Komplexität der Chipform erforderte einen neuartigen Technologie-Plan. Bei der Durchführung des Technologie-Plans konnte dennoch das Ziel, eine qualitativ gute Black Si Oberfläche zu erzeugen, durch eine ständige Optimierung und Modifizierung der Standardprozesse erfolgreich realisiert werden. - Nach der Bestimmung der statischen Festigkeiten wurde die Belastungsgrenze für den Dauerversuch festgelegt. Die Beanspruchung erfolgte im Schwellfestigkeitsbereich bei einer Oberspannung von 80 % des Mittelwerts der statischen Festigkeit. Sind die statistischen Ausreißer beseitigt, welche im ersten Zyklus der Beanspruchung ausfallen, so befindet sich die Probe im Dauerfestigkeitsbereich. Dies wird mit dem aktuellen Erkenntnisstand mit einer Zyklenzahl von 8 Millionen (3 Proben) bestätigt.

Die Diplomarbeit mit dem Titel: "Entwicklung und Bewertung alternativer elektrischer Kontaktierungsmöglichkeiten von Piezoelektroden in Ultraschallwandlern von Luftmassenmesser für Verbrennungsmotoren, unter Berücksichtigung der mechanischen, akustischen und thermischen Wechselwirkungen der innerhalb der Ultraschallwandlerkonfiguration verwendeten Werkstoffe und den spezifizierten Lebensdaueranforderungen" wurde bei der Robert Bosch GmbH in Stuttgart-Feuerbach durchgeführt. - Die zentrale Aufgabe besteht in der Entwicklung eines alternativen Kontaktierkonzeptes des Piezoelementes im Ultraschallluftmassenmesser für die Anwendung in Heavy-Duty Diesel-Engines. Das bisherige Konzept dient als Referenz. Bei der Entwicklung sind die Randbedingungen zu berücksichtigen, die sich aus Kunden-, Funktions-, System- und Fertigungsanforderungen ergeben. Insbesondere die hohen Lebensdaueranforderungen für den Nutzfahrzeugeinsatz von 1,5 Mio. Fahrzeugkilometern oder 30.000 Betriebsstunden seien genannt. Aus einem gegebenen Ultraschallwandlerentwurf wurden die Funktionen der Kontaktierung abgeleitet. Das Umfeld der Kontaktierung wurde eingehend untersucht und die festgestellten Anforderungen - zusätzlich zu den offensichtlichen - zu einer Anforderungsliste verdichtet. Anschließend wurde eine Variantenentwicklung auf Basis der vielfältigen Verbindungsverfahren in Elektronik, Elektrotechnik und Maschinenbau betrieben. Diese wurden an den Anforderungen gemessen und entsprechend bewertet. Von den positiv bewerteten Verbindungsverfahren konnten einige in Stichversuchen überprüft und näher untersucht werden. - Die Ergebnisse dieser Untersuchungen in Verbindung mit Überlegungen zu zeitlichem Rahmen und Wirtschaftlichkeit wurden abschließend in einer Handlungsempfehlung verarbeitet: - Die Lösungsvielfalt konnte auf drei Verbindungsverfahren eingegrenzt werden. Für jedes der drei Verfahren wurden zukünftig sinnvolle Schritte erörtert und in zwei Fällen neue, verfahrensorientierte Ultraschallwandler-Konzeptionen vorgeschlagen.

In der hier angefertigten Arbeit, ließen sich nur bedingt Übereinstimmungen der aufgezeigten Messwerte untereinander erkennen. Durch Vergleiche mit anderen Literaturquellen ergaben sich bessere Übereinstimmungen. Mit Hilfe von Ruhepotentialmessungen (Open Circuit Potential, OCP), Stromdichte-Potential-Kurven (SPK, potentiodynamische Polarisation) und unter Beobachtung des Einflusses der Geschwindigkeit der Spannungsänderung (Scanrate, SR) auf die Messergebnisse wurde das Korrosionsverhalten der genannten Ni/P-Schichten charakterisiert. Weiterhin erfolgte eine Dokumentation der Reaktionen bei Verkleinerungen der Messfläche und unter Verwendung einer veränderten Messzelle. Durch Auswertung der OCP-Messungen und der SPK wurden folgende Messgrößen ermittelt: OCP, Korrosionspotential, -stromdichte, kathodische, anodische Tafelgerade, Polarisationswiderstand, Durchbruchspotential und die Dicke der abgetragenen Schicht. Diese Messwerte wurden in linearen und halblogarithmischen Stromdichte-Potential-Diagrammen dargestellt und in Abhängigkeit vom Phosphorgehalt und dem pH-Wert der Elektrolyte graphisch erfasst. Mikroskopieaufnahmen vor und nach den Messungen lieferten Aussagen zu korrosionsbedingten Strukturveränderungen auf der Substratoberfläche. Durch Kombination der Informationen aus den SPK und den Mikroskopieaufnahmen ließen sich Rückschlüsse auf Oberflächenreaktionen in den verschiedenen Medien ziehen. Für niedrigphosphorhaltige Proben ergaben die Untersuchungen einen Angriff der Phasengrenzen wodurch selektive Korrosion sichtbar wurde. Bestätigen ließen sich diese Reaktionen durch ihr, verglichen mit den anderen Proben, zumeist weiter im negativen Bereich liegendes Korrosionspotential. Bei mittel- und hochphosphorhaltigen Nickelschichten konnte eine i.A. bessere, auf die nobleren Korrosionspotentiale und niedrigeren Korrosionsstromdichten zurückzuführende, Korrosionsbeständigkeit in sauren Medien ermittelt werden. Für neutrale bis basische Elektrolyte kehrte sich das Reaktionsverhalten teilweise um. Die mikroskopischen Aufnahmen zu den mittel- und hochphosphorhaltigen Schichten zeigen zurückgehende Oberflächenveränderungen mit zunehmendem Phosphorgehalt auf.

Im Rahmen dieser Diplomarbeit wird das Verhalten zweier hartmetallhaltiger Pulver (Cr3C2/NiCr, WSC) bei einer Behandlung mit dem induktiv gekoppelten Hochfrequenzplasma (ICP) untersucht. Zudem findet eine Optimierung der Prozessparameter statt. Ziel ist dabei die Oberfläche der Chromkarbid-Nickelchrom-Partikel zu verdichten und bei dem Wolframschmelzkarbid eine möglichst große Anzahl an sphärischen Partikeln zu erhalten. Um diese Vorgabe zu erreichen, wurde unter anderem der Sphäroidisierungsgrad der Pulver in Abhängigkeit von verschiedenen Parametern wie Pulverdurchsatz, Leistung, Druck und Gaszusammensetzung ermittelt. Für die werkstofftechnische Charakterisierung der Pulver wurden diverse Untersuchungsmethoden herangezogen. Der Optimierungsprozess umfasst auf der einen Seite eine Plasmaanpassung durch die Variation des Wasserstoffanteils und der Leistung und auf der anderen Seite die Variation der Pulverförderrate. Kriterium für die Auswahl der optimierten Plasmaparameter ist der Sphäroidisierungsgrad, der Auskunft über den Anteil der modifizierten Partikel gibt. - Die Ergebnisse zeigen, dass für das Chromkarbid-Nickelchrom-Pulver (Cr3C2 / NiCr) die einheitliche Behandlung des Ausgangspulvers mit dem ICP nicht sinnvoll ist. Es ist nicht möglich, in einem Prozess alle Komponenten so zu modifizieren, dass nach der Behandlung die geforderten Eigenschaften für die weitere Anwendung erhalten bleiben. Das Umschmelzen der einzelnen Komponenten im Plasma wäre jedoch problemlos realisierbar. Beim Wolframschmelzkarbid (WSC) konnte ein Sphäroidisierungsgrad von nahezu 100 Prozent nachgewiesen werden. Und somit, dass das ICP eine alternative und effektive Möglichkeit bietet. Auf Basis der Ergebnisse werden wichtige Behandlungsparameter identifiziert und durch ökonomische Betrachtungen ergänzt.

Derzeit spielt die Technologieentwicklung zur Herstellung von "Smart Textiles" eine wichtige Rolle. Diese "intelligenten" Textilfäden sind multifunktionell einsetzbar, insbesondere ist ihre elektrische Leitfähigkeit von Bedeutung. Die Herstellung verkupferter Polyestermaterialien wäre statt der Versilberung von Polyamidfäden ein erheblicher Fortschritt, denn sie sind kostengünstig und thermisch stabil. Der Hauptschwerpunkt dieser Arbeit liegt in der stromlosen Verkupferung von Polyestertextilien. Durch die Anwendung von Aminen und die Variation des Kupferelektrolyten hinsichtlich des Einsatzes von Netzmitteln wurden die Eigenschaften der verkupferten Polyestermaterialien untersucht.

Der vermehrte Einsatz leistungsarmer, kompakter Schnellschaltventile zur Regelung und Steuerung fluidtechnischer Anlagen ermöglicht die kontinuierliche Steigerung von Produktivität und Wirtschaftlichkeit. Verschiedene Vorarbeiten beinhalteten u.a. den Entwurf zweier miniaturisierter, pneumatischer 3/2-Wegeventile auf Grundlage eines Resonanzaktors mit polarisiertem Umkehrhubmagnet. Dissipative Energieverluste aufgrund der zusätzlichen Dämpfung des umströmten oszillierenden Stellelementes durch das Arbeitsmedium sind real nicht zu vernachlässigen. Insbesondere höherviskose Fluide wirken aufgrund ihrer Inkompressibilität stark dämpfend und entziehen dem Anker kinetische Energie. Mögliche Auswirkungen reichen von einer verringerten Schaltfrequenz bei erhöhter Verlustleistung bis zur Einschränkung der Funktionstüchtigkeit des Ventils. Ausgehend von analytischen Berechnungen und CFD-Simulationen beinhaltet die Diplomarbeit eine Untersuchung der Tauglichkeit vorliegender resonanter Magnetventile (Bauweise Flachsitzventil) zum Schalten höherviskoser Medien. Besondere Beachtung finden dabei die Strömungskräfte am Anker. Innerhalb der Konzeptionsphase wurden verschiedene Funktionsprinzipien erarbeitet und klassifiziert. Dämpfungs-, Verschleiß- und Leckageminimierung am Stellelement bilden die Schwerpunkte der Konzeptbewertung. Der rechnergestützte verkoppelte Systementwurf beinhaltet eine netzwerkbasierte Magnetkreisdimensionierung und -optimierung, Strömungssimulationen sowie die Auslegung der Ventilfedern durch strukturmechanische Simulationen. Innerhalb der Eigenschaftsabsicherung erfolgte eine Vermessung realisierter Federraten sowie eine simulationsbasierte Empfindlichkeitsanalyse gegenüber fertigungs-, montage- und betriebsbedingten Parameterschwankungen. Das entworfene Magnetventil ermöglicht das Schalten hydraulischer Druckdifferenzen von mindestens 3 bar mit einer simulierten Verlustleistung von 0,23 W bei Schaltfrequenzen bis 250 Hz. Diese Leistungsparameter belegen die hydraulische Eignung des Prinzips und stellen im marktweiten Vergleich herausragende Werte dar.

Die vorliegende Arbeit wurde am Institut für Werkstofftechnik im Fachgebiet Werkstoffe der Elektrotechnik an der Technischen Universität Ilmenau erstellt. Die Arbeit beschreibt ausgehend von den Grundlagen des Magnetismus, den Eigenschaften von Dauermagneten und deren Auswirkungen auf Leistungsmerkmale von Elektromotoren die unterschiedlichen Arten von Seltenerdmagneten in Verbindung mit ihren Vor- und Nachteilen. Hierbei werden sowohl unterschiedliche Werkstoffpaarungen wie etwa Neodym, Eisen und Bor oder auch Samarium und Kobalt als auch verschiedenste Fertigungsverfahren, die sich entsprechend den Herstellungsschritten Legierungsherstellung, Pulvererzeugung und Formgebungsverfahren gliedern, detailliert vorgestellt. Darüber hinaus werden die technischen Möglichkeiten aufgezeigt, die mit dem Einsatz kunststoffgebundener, gesinterter, isotroper und anisotroper Magnetqualitäten einhergehen. Dabei wird weniger die Leistungserhöhung als eine konsequente Volumen- und Gewichtsreduktion in den Vordergrund gerückt und stets der Vergleich mit Ferritmagneten gezogen. Weiterhin werden auch grundlegende Vor- und Nachteile gegenüber herkömmlichen Dauermagneten herausgearbeitet, zukünftige Entwicklungsmöglichkeiten aufgezeigt und eine den brosespezifischen Anforderungen gerechte Bewertung verschiedener Alternativen mittels einer Nutzwertanalyse erstellt. Im zweiten Teil der Arbeit werden zunächst die globalen Vorkommen der Rohstoffe beleuchtet bevor auf die Strukturen der Supply Chain eingegangen wird. Neben einer Darstellung der Patentsituation auf dem Markt der Seltenerdmagnete wird auch ein Ausblick auf die Entwicklung der entsprechenden Rohstoffmärkte gegeben. Schließlich soll eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung ein Werkzeug schaffen, mit dem die Gewinnschwelle für den Einsatz von Seltenerdmagneten in unterschiedlichen Motoranwendungen ermittelt werden kann.

Auf Basis der Grundlagen des Spritzgießprozesses sowie der Gedanken der Lean Production wurden Fertigungsbereiche für Einspritzventile analysiert. Schwerpunkt war die Erfassung der Schnittstellen, der Puffer sowie die Instandhaltung. Durch die unterschiedliche Integration ergeben sich Stärken sowie Schwächen der einzelnen Konzepte. - Die Auswertung der Linienanalyse ergab, dass viele Gedanken der Lean Production beim Umspritzen berücksichtigt werden. Die Gestaltung des Materialflusses, die Nivellierung der Produktion, Schnellrüsten sowie das Visual Management sind in den Fertigungsbereichen umgesetzt. Probleme stellen derzeit die Einhaltung von 1-zu-1 Beziehungen sowie die Gestaltung der Bestände dar. - Durch die Integration in den Montageprozess können 1-zu-1 Beziehungen realisiert werden. Bei Poolfertigung, sowie Fertigung auf parallelen Anlagen, ist die Nachverfolgbarkeit schwierig. Auch der Konflikt mit den Beständen kann gelöst werden, indem sie definiert sind und so keine Verschwendung im Sinne der Lean Production darstellen. Durch eine Störungsanalyse kann der Sicherheitsbestand ermittelt werden, der für eine Prozessabsicherung notwendig ist. Bei der Gestaltung des Puffers ist auf einen geeigneten Materialfluss zu achten. - Anhand der Ergebnisse der Linienanalyse wurde ein Konzept für die Umspritzung erarbeitet. Durch den Einsatz kleiner Ladungsträger kann der Bestand in der Fertigung bei gleicher Funktion reduziert werden. Mit aktiver Kühlung kann der Bestand zusätzlich herabgesetzt werden. Das exakte Einsparpotential durch eine Kühlung muss aufgrund des komplexen Wärmeübertragungssystems durch Versuchsreihen ermittelt werden. Um den Bestand minimal zu gestalten, ist eine Kombination aus kleineren Werkstückträgern sowie einer aktiven Kühlung ideal. Der bei der Dimensionierung berechnete Bestand kann sich durch Optimierungen im Fertigungsprozess verändern. Daher ist eine regelmäßige Überprüfung des Bestandsoptimums notwendig. - Durch eine Berechnung der Bestände anhand der Störungscharakteristik kann eine Stabilisierung der bisherigen Prozesse erreicht werden. Um konstante Prozessparameter erzielen zu können ist es außerdem wichtig, dass der Mitarbeiter die Handlingsaufgaben während der Zykluszeit sicher erledigen kann. Nur so kann eine schwankende Zykluszeit bei regelmäßiger Teilezufuhr vermieden werden.

In dieser Arbeit wird die Funktionsweise und Herstellung von Schwingspiegeln zur Verwendung in 3D-Mikrotrackern demonstriert. Auf verschiedenen Strahlablenkungsprinzipien basierende Varianten werden entwickelt und auf ihre Eignung für die Messtechnik hin untersucht. Ebenso werden die Integrationsmöglichkeiten von integriert optischen Interferometern beleuchtet. Der Herstellungsprozess für 2D-Schwingspiegel auf Basis von SOI-Wafern wird entwickelt und experimentell nachvollzogen. Hergestellte Spiegel mit elektrostatischen Kammantrieben erreichen einen optischen Ablenkwinkel von einigen Grad. Auf Basis der Untersuchungen werden Spiegeldesigns für verschiedene Maskenauflösungen entwickelt. Zur Genauigkeitssteigerung der Messung werden Teststrukturen mit AlN-Federn entwickelt und mit dem Ätzsimulator ACES simuliert.

In dieser Arbeit geht es um vergleichende Studien zum Plasmaspritzen keramischer Schichten. Dabei sollen qualitativ hochwertige Schichten auf der Basis von Al2O3 zur Anwendung als Verschleißschutz- und Isolationsschicht hergestellt werden. Die zu vergleichenden Verfahren sind das Induktionsplasmaspritzen (ICP) und das Gleichstromplasmaspritzen (DCP). Die so hergestellten Schichten sollen hinsichtlich ihrer Eigenschaften untersucht werden. Dabei ist insbesondere die thermisch bedingte Phasenumwandlung des Al2O3 von Bedeutung. Sie kann mit den konventionell verwendeten Verfahren nicht vermieden werden. Als Pulver kommen dabei Aluminiumoxidpulver in reiner Form und Aluminiumoxid- und Titanoxidpulvergemische zum Einsatz. Die Pulver für das ICP sind erst fraktioniert und sphärodisiert worden. Anschließend wurden Versuche zur Partikelverformung durchgeführt. Nur die Pulverfraktionen, welche einen Sphärodisierungsgrad von >95% aufweisen, sind zum Einsatz gekommen. Bei den Verformungsversuchen wurde festgestellt, dass eine Substrataufheizung von > 400&ring;C eine bessere Partikelverformung bewirkt. Deshalb wurden folglich die Substrate beim ICP vorgeheizt. Bei den ICP-Versuchen ist der Abstand von der Lanze zum Substrat variiert worden. Bei den Versuchen des DCPs wurde die Stromstärke und in Abhängigkeit davon auch die Pulverförderrate verändert. Die mit dem DCP hergestellten Schichten haben im Vergleich zu den ICP-Proben die besseren Schichteigenschaften. Die gemessene Porosität, Haftzugfestigkeit, Verschleißfestigkeit und Rauigkeit sind beim ICP deutlich schlechter. Dafür konnte beim DCP trotz des Einsatzes des phasenstabilisierenden TiO2 die Entstehung der Phase nicht vermieden werden. Bei dem ICP hingegen ist vermutlich nur die Alpha-Phase entstanden. Außerdem kann man mit diesem Verfahren eine wesentlich höhere Schichtdicke erzielen.

Im ersten Teil dieser Arbeit werden die verschiedene Spannungsmessmetoden mittels Röntgendiffraktometrie miteinander verglichen und analysiert. Im folgenden sind diese im Rahmen der Erprobung eines Biegemoduls innerhalb eines Diffraktometers an Hartmetallschichtsystemen verifiziert wurden. Der zweite Teil dieser Diplomarbeit befasst sich mit den verschiedenen Möglichkeiten der experimentellen Bestimmung von tiefenveränderlichen Eigenspannungszuständen in Hartstoffschichten. Ziel ist es, einachsige Eigenspannungstiefenverteilungen im intermediären Bereich zwischen der Werkstoffoberfläche und dem Volumen zu ermitteln, einem Bereich, der mit den konventionellen Röntgenbeugungsverfahren nicht mehr zu erfassen ist. Im Rahmen einer Recherche werden zunächst die zur Verfügung stehenden experimentellen Methoden der Eigenspannungsgradientenermittlung zusammengestellt und in ihren wichtigsten Eigenschaften dargelegt. Besonderen Wert wird in der Arbeit auf die Untersuchung mit der Methode "multiple hkl" gelegt, welche es erlaubt, Spannungsgradienten in Materialien zu untersuchen. Hierbei werden die Proben unter verschiedenen festen Einstrahlwinkeln über einen Detektorscan untersucht und die somit erhaltenen Spannungswerte können im Anschluß als Verlauf gegenüber der Eindringtiefe der Röntgenstrahlung aufgetragen werden. Das untersuchte Material in der Arbeit betrifft die Hartstoffschichten aus TiCN, Al2O3 mit CVD aufgebracht und TiAlN welches mit PVD aufgebracht wurden ist.

In den letzten Jahren haben Trockenätzverfahren bei der Strukturierung von Silicium an Bedeutung gewonnen. Bei der Erzeugung senkrechter Seitenwände tritt ein Nebeneffekt auf, der wegen seines Erscheinungsbildes "Black Silicon" genannt wird. Um die nadelartige Struktur des "Black Silicon" zu beeinflussen oder zu unterdrücken, wird in dieser Arbeit der Mechanismus der Mikromaskierung untersucht. Dazu werden die Grundlagen des reaktiven Ionentiefenätzens und der Oberflächeanalyse dargelegt. Weiterhin wird die Methode der Experimentellen Prozessanalyse vorgestellt. Mit ihr werden die Einflüsse der Prozessparameter auf die Mikromaskierung untersucht. Es kann gezeigt werden, dass besonders die Passivierungsdauer und die Passivierungsleistung diese beeinflussen. Außerdem wird der Einfluss von Waferverunreinigungen und Sauerstoff untersucht. Beide können Ursache für die Mikromaskierung ausgeschlossen werden. Weiterhin werden eine Röntgen Photoelektronen Spektroskopie und der Augerelektronen Spektroskopie durchgeführt. Die Ergebnisse die Oberflächeanalysen lassen den Schluss zu, dass während des ersten Passivierungsschritts eine reine Kohlenstoffschicht auf dem Siliciumsubstrat abgeschieden wird. Es kann gezeigt werden, dass diese Schicht während des Ätzschritts Cluster bilden, die mikromaskierend wirken. In der Arbeit werden mögliche Strukturen der Kohlenstoffschicht vorgestellt. Außerdem werden alternative Methoden der Mikromaskierung vorgestellt.

Die konstante Verkleinerung elektronischer Geräte, sowie der Bedarf der Integration vielfältiger Funktionen auf einem einzigen Chip, haben zur extremen Miniaturisierung elektronischer Bauelemente geführt. - Die Elektronenstrahllithographie ist einer der Schlüsseltechnologien um Strukturen im Nanometerbereich auf Wafern zu übertragen. - MAPPER Lithography BV hat ein neues Konzept von Elektronenstrahllithographie entwickelt. Es erlaubt Strukturen auf Wafern zu übertragen, unter Verwendung eines masklosen Systems, das 10.000 parallelen, einzeln ansteuerbare, Strahlen einsetzt. - Kern der Maschine ist das Aperturenfeld, das der Hauptelektronenstrahl teilt. - Kontamination und strukturelle Fehler in der Struktur der Aperturen können Fehlfunktion hervorrufen. Einen Verfahren zur Reinigung von Aperturenfeldern und eine Optimierung ihres Herstellungsprozesses wird in dieser Arbeit dargelegt. - Methoden zur Beseitigung der Kontamination auf Siliziumstrukturen werden untersucht und verglichen. - Weiterhin wurde im Rahmen dieser Diplomarbeit ein Simulationsprogramm entwickelt, das eine effiziente Modellierung von Sputterprozesse erlaubt. - Durch ein effizientes Reinigungsprozess, sowie durch Zeit- und Materialersparnis mit Hilfe rechnergestützter Simulation konnte die Produktivität bedeutend gesteigert werden.

Die Bildung von Pulver während der Abscheidung von mikrokristallinem Silizium und dessen Abtransport durch das Pumpsystem wurde an den großfertigungsnahen Anlagen der ersol Thin Film GmbH untersucht. Das Ziel ist dabei die Entwicklung einer schnellen, unkomplizierten in situ-Detektion von Siliziumpulver im Pumpleitungssystem zur Verhinderung kapitaler Ausfälle der Vakuumpumpe und Verlängerung der Wartungsintervalle. Im Weiteren besteht das Ziel aus einer Untersuchung der Solarzelleneigenschaften in Abhängigkeit der Prozessparameter im Zusammenhang mit der Pulverbildung im Abscheideprozess. Die vorliegende Arbeit gliedert sich in die folgenden zwei Hauptteile: Im ersten Teil werden verschiedene Methoden der Pulverdetektion evaluiert. An einem im Rahmen dieser Arbeit entworfenen Sensor wird die Pulverbildung in Abhängigkeit der Prozessparameter Leistung, Silanfluss und Druck untersucht. Im zweiten Teil der Arbeit werden die im Zuge der Pulveruntersuchung abgeschiedenen Zellen elektrisch charakterisiert. Hier werden ebenfalls Abhängigkeiten von den Prozessparametern diskutiert. Abschließend werden die Ergebnisse der Pulverbetrachtung und der elektrischen Charakterisierung der Zellen gegenübergestellt und in Bezug zur industriellen Fertigung betrachtet.

Da in der Medizin und in der Pharmazie die Untersuchung von Flüssigkeiten zum Alltag gehört gab es während der letzten Jahre ein verstärktes Interesse an Sensoren für die Untersuchung von kleinsten Probenvolumen. Die Verwendungen dieser Sensoren sollte zu einer Kostenminimierung führen und die insitu-Messung ermöglichen. Dabei erwiesen sich Si-Sensoren als chemisch wenig stabil, weshalb sich Sensoren der Gruppe-III-Nitride durchgesetzt haben. In dieser Arbeit werden AlGaN/GaN-pH-Sensoren genauer untersucht und mit Hilfe des Simulationsprogramms nextnano&dzcy; eine Verifizierung der Messergebnisse durchgeführt. In der Diplomarbeit werden zahlreiche Experimente beschrieben, die zur Charakterisierung der AlGaN/GaN-Sensoren durchgeführt wurden und darlegen konnten, dass die Sensoren nicht nur auf eine Änderung des pH-Wertes reagieren, sondern auch auf in der Lösung befindliche Ionen. Die Messungen zeigten, dass die Sensoren, selbst bei gleichem Aufbau und Herstellungsprozess, nicht die gleichen Reaktionen auf gleiche Einflüsse zeigten. Auch die Eigenschaften konnten trotz gleicher Weiterverarbeitung und Präparation variieren. Bei den Untersuchungen wurde deutlich, dass die Schichtstruktur einen Einfluss auf die Charakteristik der Sensoren besitzt. So ist die Reproduzierbarkeit von der Dicke der AlGaN-Schicht abhängig. Auch wurde ersichtlich, dass die Sensoren mit nur 10 nm AlGaN-Schichtdicke große Schwankungen sowohl in den Sensitivitäten als auch in der Referenzspannung zeigten. Die im Weiteren betrachteten Sensoren (mit einer 15 sowie 17 nm dicken AlGaN-Schicht) wiesen dagegen eine gute Reproduzierbarkeit und eine große Stabilität des Arbeitspunktes auf. Vergleicht man die Sensitivitäten dieser Sensoren, so wird deutlich, dass mit zunehmender Schichtdicke der AlGaN-Schicht die Reproduzierbarkeit zunimmt. Weitere Experimente zeigten Einflüsse der Lösungsmittel, der Titranten sowie der Messsysteme. So zeigte sich die Instabilität und der Memoryeffekt der Polyimid-Passivierung. Es war möglich, mit Hilfe der Messungen die Relevanz der Referenzelektrode darzustellen. Mit Hilfe des Simulationsprogramms nextnano&dzcy; konnten einige allgemeine Simulationen durchgeführt werden. Weiterhin wurden die Messungen nachempfunden und die Messergebnisse mit den Simulationsergebnissen verglichen.

Diese Arbeit konzentriert sich auf die Charakterisierung und Funktionalisierung von Aluminium Gallium Nitrid/ Gallium Nitrid (AlGaN/GaN) -Sensoren. Der Begriff Funktionalisierung steht dabei für eine zusätzliche, ionenselektive Beschichtung der AlGaN/GaN-Sensoren, um eine Selektivität für Alkali-, bzw. Erdalkali-Ionen zu erreichen. Die Beschichtung wurde mit einer natriumselektiven Polyvinylchlorid (PVC)-Membran mittels Auftropfen (drop coating) und Fixierung durchgeführt. Widerstandsmessungen mit den PVC-Membranen brachten erste Rückschlüsse auf das Selektivitätsverhalten der PVC-Membranen gegenüber ausgewählten Alkali-Ionen. Darüber hinaus wurden die Querempfindlichkeiten der PVC-Membranen bestimmt, die näherungsweise mit dem Stand der Technik vergleichbar sind. Weiterhin wurden elektrische Messungen mit funktionalisierten AlGaN/GAN-Sensoren und Natriumchlorid als Elektrolytlösung durchgeführt, die eine Änderung des Drainstromes gegenüber Messungen mit unfunktionalisierten AlGaN/GaN-Sensoren zeigen. AlGaN/GaN-Sensoren werden als "open gate" Feldeffekttransistoren (FET) aufgeführt und vorwiegend zur Messung von pH-Werten eingesetzt. Das Messprinzip der AlGaN/GaN-Sensoren beruht auf einem leitfähigen, zweidimensionalen Elektronengas (2DEG) mit hoher Elektronenbeweglichkeit. Durch Anlegen einer Spannung fließt ein Strom durch den Transistor. Ionische Lösungen können die Leitfähigkeit des 2DEG und somit den Stromfluss durch Änderungen des Potentials am open Gate beeinflussen, welche gemessen werden können. Die Charakterisierung der AlGaN/GaN-Sensoren mit pH-Wertmessungen erfolgte mit drei ausgewählten Messmethoden, der Aufnahme des Drainstromes über der Referenzspannung, der zeitliche Verlauf des Drainstromes und der Titrationsmessung mit Säuren und Basen, wobei gezeigt werden konnte, dass AlGaN/GaN-Sensoren nahezu Nernst'sches Verhalten zeigen und ein lineares Verhalten über einen pH-Bereich von 2 - 10 aufweisen.

Im ersten Teil der vorliegenden Diplomarbeit wird die Konstruktion eines Ferrocenverdampfers beschrieben. Dieser ist in der Lage, den Precurser ohne Resublimation in die Prozesskammer einzuleiten. Dadurch ermöglicht er die Abscheidung eisenhaltiger DLC-Schichten über den PECVD-Prozess. - In anschließenden Versuchen wird die Reproduzierbarkeit des Abscheidungsprozesses bestimmt. Die auf diese Weise abgeschiedenen eisenhaltigen DLC-Schichten werden auf Eigenschaftsänderungen in Abhängigkeit des Eisenanteils der Schicht untersucht. - Die Entwicklung eines Versuchsaufbaues zur praxisnahen Abscheidung von hydrophoben und hydrophilen DLC-Schichten auf Nanodrucksieben wird im zweiten Teil der Arbeit durchgeführt. Die dafür benötigten Prozessparameter werden experimentell bestimmt. Durch die Modifizierung der Oberflächenenergie der DLC-Schicht verbessert sich die Druckqualität. Außerdem wird die Anzahl der Schaltungen pro Fläche erhöht.

Um die erneuerbaren Energien als Alternative zu fossilen Energieträgern attraktiv zu machen, ist es wichtig, die Effizienz bei ihrer Nutzung weiter zu erhöhen. Dieses Ziel lässt sich im Bereich der Herstellung von Solarzellen u.a. durch die Steigerung deren Produktivität sowie die Senkung der Produktionskosten erreichen. In diesem Zusammenhang kommt dem Verbrauch von Reinstsilizium eine entscheidende Bedeutung zu. Im Rahmen dieser Arbeit wurden Möglichkeiten untersucht, nanometerfeines Siliziumpulver, das bei der Waferherstellung anfällt und bislang auf Grund seiner schlechten Handlingeigenschaften ungenutzt blieb, aufzuarbeiten. Hierzu stand eine ICP-Anlage des Fachgebietes "Plasma und Oberflächentechnik" der technischen Universität Ilmenau zur Verfügung. Da durch die sehr kleinen Korngrößen des Ausgangspulvers der Einsatz konventioneller Pulverförderer nicht möglich war, musste in einem 1. Schritt ein System entwickelt werden, das eine Förderung von nanometerfeinem Pulver ermöglicht. Hierzu wurde der Pulverförderer P5-3 entwickelt, der auf dem Prinzip eines Wirbelbettfördersystems arbeitet und einen durchgängigen Pulverfluss sicherstellt. Eine Kompaktierung des Ausgangsstoffes im ICP wurde zum Einen mit Sphäroidisierungsversuchen getestet. Eine Parameteroptimierung im Bezug auf die Generatorleistung der Plasmaanlage, den Umgebungsdruck und den Wasserstoffzusatz zeigte, dass ein Umschmelzen des Ausgangspulvers in größere, runde Partikel möglich ist. Zum Anderen wurde eine direkte Abscheidung des aufgeheizten Pulvers auf unterschiedlichen Trägermaterialien untersucht. Es wurde festgestellt, dass es besonders bei der Kompaktierung auf einem heißen Stahlsubstrat zur Ausbildung eines polykristallienen, dichten Siliziumkörpers kommt, wobei ca. 50% des eingebrachten Pulvers umgesetzt werden konnten (Sphäroidisierung max. 10%). In weiteren Tests sollte die Eignung des ICP's erprobt werden, mit dem zur Verfügung stehenden Si-Pulver Si-Schichten auf Trägermaterialien (vorrangig Graphit) abzuscheiden. Die erste Versuchsreihe hierzu diente der Optimierung folgender Parameter: Generatorleistung, Kesseldruck und Spritzabstand. Weitere Versuchsreihen zeigten, dass Graphitsubstrate am geeignetsten zur Erzeugung von Siliziumschichten sind und dass eine Veränderung der Substratoberfläche sowie der Substrattemperatur deutlichen Einfluss auf die Qualität des Erzeugnisses haben.

In der Diplomarbeit wurde ein PECVD-Verfahren zur Synthese von Silizium- Nanodrähten, bei Temperaturen unter 400&ring;C entwickelt. Nanodrähte konnten unter einem breiten Spektrum von Wachstumsprozessparametern erzeugt werden. Die Ergebnisse sind in der Arbeit vorgestellt und diskutiert. Es wurde ein Standardprozess definiert. Als Katalysator des Wachstums wurden Goldpartikel verwendet, die durch thermische Clusterung in einem schnellen Temperaturprozess (rapid thermal process-RTP) aus Goldschichten erzeugt wurden. Mögliche Wachstumsmechanismen werden diskutiert und mit Stand der Forschung verglichen.

Im Rahmen dieser Diplomarbeit soll im Auftrag der Firma ALSTOM(CH) AG, eine Optimierung der Plasmaparameter für das atmosphärische Plasmaspritzen von Yttrium stabilisierten Zirkonoxidschichten als Bestandteil von TBC-Schichten hinsichtlich erhöhter Effektivität des Beschichtungsprozesses erfolgen. Die praktische Versuchsdurchführung besteht aus dem Herstellen von Spritzflecken und Schichten zur Beurteilung von Auftragswirkungsgrad und Porengehalt der Schicht. Im Rahmen der Optimierung wurden Düsen mit zylindrischer (V0 8mm) - und Laval (V21 11 bzw. 12,1mm) - Kontur verwendet und auf ihre Vorteilhaftigkeit für den Spritzprozess getestet. Im Vorfeld wurden ein mathematisches Modell zum Bestimmen der Plasmakennwerte und der Partikelgeschwindigkeiten erarbeitet. Der Optimierungsprozess umfasst eine Plasmaanpassung (Variation des Wasserstoffanteils, des Gesamtgasdurchsatzes, der Stromstärke und Leistung) sowie eine Injektoranpassung (veränderlicher Pulverinjektordurchmesser und Pulverförderrate) für jede Düse. Kriterium für die Auswahl der optimierten Parametersätze (Plasmaparameter, Pulverinjektionsparameter) ist der DE-Wert (Auftragswirkungsgrad) und die Porosität der Schicht. Im direkten Vergleich mit der Ausgangssituation konnte der Auftragswirkungsgrad von durchschnittlich 33 % auf rund 54 % (V0 - 8mm Düse) bzw. 63 % (V21 - 11 mm Düse) gesteigert werden. Schichtqualität und Porosität konnten auch mit den neu erarbeiteten Parametersätzen im Rahmen der Vorgaben gehalten werden. Wichtiger für einen kommerziellen Einsatz ist die Steigerung des Pulverauftrags pro Minute von 27 g/min auf 54 (V0 - 8mm) bzw. 63 (V21 - 11mm) g/min. Dadurch ergibt sich eine verkürzte Zeit für den Beschichtungsprozess, was den höheren Aufwand an Betriebsmitteln (Wasserstoff, Strom) relativiert. Die in dieser Diplomarbeit gewonnen Ergebnisse zeigen, das eine Optimierung des APS-Spritzprozesses für die TBC-Beschichtung von Turbinenschaufeln erfolgreich möglich ist.

In dieser Arbeit wurde die Herstellung von Bariumhexaferritpulvern (BHF) mit Co2+/Ru4+ -Dotierung mittels der Glaskristallisationstechnik (GKT) im ternären System BaO-B2O3-Fe2O3 durch partielle Substitution des Eisenoxids im Gemenge untersucht. Ergebnisse aus der Fachliteratur und erste Untersuchungen weisen auf ein großes Potenzial von BHF mit Co2+/Ru4+ -Dotierung für die Absorption hochfrequenter elektromagnetischer Felder hin. Jedoch sind die Ergebnisse nicht reproduzierbar. Als Ursache wurden Entmischungen in der Schmelze vermutet. Ziel der Arbeit war es, diese Entmischungen zu charakterisieren, Möglichkeiten zur homogenen Flakeherstellung aufzuzeigen und dann die Zusammenhänge zwischen Schmelz- und Kristallisationsbedingungen sowie Eigenschaften der Co2+/Ru4+ -dotierten BHF zu bestimmen. Die Untersuchung der Schmelzprozedur zur Herstellung homogener Flakes wurde mittels der Variation der Schmelzbedingungen (Parameter) in der Sekundärschmelze: Haltedauer, mechanisches Rühren und Temperatur, durchgeführt. Zur Bewertung der Einflüsse der Parameter auf die Flakes- und Pulvereigenschaften wurden DDK-Analysen an den Flakes (Bewertung der Kristallisationsprozesse), chemische Analysen der Zusammensetzung mittels ICP-OES und Cerimetrie, Dichtemessungen, röntgenografische Analysen der Kristallphasen (XRD), Rasterelektronenmikroskopie (REM) und elektromagnetische Messungen (VSM) durchgeführt. Die Röntgendiffraktogramme zeigen, dass die Flakes röntgenamorph sind. Das Kristallisationsverhalten der Flakes ist unabhängig von den realisierten Schmelzbedingungen. Flüssig-Flüssig-Entmischungen sind in den Flakes nicht vorhanden. Die ICP-OES und Cerimetrische Untersuchungen zeigen, dass die beste Homogenität in der chemischen Zusammensetzung ohne Rühren mit hoher Temperatur erricht wurde, aber der Ru-Anteil in den Flakes nur etwa 1/5 bis 1/4 des theoretischen Wertes beträgt. Nach Untersuchungen an den Flakes, konnten neue geeignete Prozessparameter für die Herstellung von homogeneren Flakechargen abgeleitet werden. Die Pulverproben weisen nur die Bariumhexaferritphase aus. Bei der Co2+/Ru4+ -Dotierung bleibt der Kristalltyp M erhalten. Mittels ICP-OES Untersuchungen wurde ermittelt, dass die Substitutionsraten der Pulver nahezu gleich sind. Das trifft auch für die Co/Ru -Verhältnisse in den Pulvern zu. Somit scheinen die unterschiedlichen Schmelzprozeduren nicht signifikant die chemische Zusammensetzung der Pulver zu beeinflussen. Nach REM Untersuchungen an den Pulvern und ICP-OES Untersuchungen an den Flakes wurde festgestellt, dass ein Kausalzusammenhang zwischen der Zusammensetzung in den Flakes und der Kristallgröße und -morphologie besteht. Die magnetischen Kennwerte der BHF waren nicht optimal. Das Verhältnis Ms/jHc ist kleiner im Vergleich zu alten Versuchen. Ursache sind die zu geringen Ru-Anteile in den Pulvern, die aus geringen Anteilen in den Flakes resultieren.

Die ständige Forderung nach Miniaturisierung und Steigerung der Leistungsfähigkeit komplexer technischer Systeme erfordert eine zunehmende Funktionenintegration in den Bauteilen, umfangreiche Simulationen zur Optimierung und neue Wege hinsichtlich der verwendeten Materialien sowie der Fertigungs- und Fügetechnologien. - Das Ziel dieser Diplomarbeit ist die Optimierung und Herstellung eines Demonstrators für ein bereits entworfenes, hoch funktionenintegrierendes, elektromagnetisches Mikroventil. Dazu gehören die Minimierung des Verlustdruckes und der Strömungsgeschwindigkeit im Strömungskanal, sowie die Verbesserung der Magnetkreisparameter des Aktors im Ventil. Des Weiteren müssen geeignete Fügeverfahren für die Ventilbauteile evaluiert und angewendet werden. - Mittels Ansys wurden die kritischen Stellen im Strömungskanal ermittelt und kontinuierlich verbessert. Dazu gehören der Ventileinlass- und Auslasskanal, sowie der Dichtsitz am Eingang zur Ventilkammer. Als Ergebnis der Simulationen konnte der Strömungswiderstand und somit der Verlustdruck sowie die Strömungsgeschwindigkeit erheblich gesenkt werden. - Im nächsten Schritt wurde der Magnetkreisanker als Schlüsselelement der Magnetkreisoptimierung hinsichtlich seines Durchmessers optimiert. Dazu sind heterogene und homogene Ansätze zur Realisierung der Feder entstanden, sowie geeignete Materialien untersucht und bewertet worden. Mittels Ansys gelang eine wesentliche Verkleinerung des Mäanderfederdurchmessers in Hinsicht auf eine ätztechnische und galvanische Fertigung. Als Ergebnis konnte das Spulenfenster und somit das magnetisch aktive Volumen der Spule wesentlich vergrößert werden, wodurch eine höhere magnetische Durchflutung ermöglicht wird. In der anschließenden Simulation des gesamten Magnetkreises wurden mit Ansys die resultierenden Magnetkreisparameter bestimmt und das Ventil geometrisch an diese angepasst. - Mittels ätztechnischer und galvanischer Fertigung wurde der als Mäanderfeder ausgeführte Magnetkreisanker im Batchverfahren hergestellt. Die Gehäuseteile sind mittels Lasergravur aus MIM-Rohlingen (Metal Injektion Molding) entstanden. Die Ventilkammer ist mittels Ansys auf ihre Druckfestigkeit überprüft worden. - Die Evaluierung geeigneter Fügeverfahren für die Ventilkammer und das Ventilgehäuse ermöglichten die Bewertung und Auswahl für dieses Ventil. Als geeignet erwiesen sich dabei das Laserschweißen und ein neuartiges Lötverfahren mittels "Microfoils" zum Fügen der Einzelteile. Hinweise zum Fügeprozess bilden die Grundlage zum Aufbau des Demonstrators.

Gegenstand dieser Diplomarbeit ist die Optimierung eines Materialverbundes aus Silicium und Low Temperature Cofired Ceramics (LTCC). Genutzt wird eine nanostrukturierte Siliciumoberfläche aus modifiziertem Black Silicon und ein niedrigschmelzendes Glas-Keramik-System (BGK), dass im Wärmeausdehnungskoeffizienten an den des Siliciums angepasst ist. Ausgangspunkt dieser Arbeit waren erste Bondversuche, die eine mittlere Bondfestigkeit von 800 N/cmø ergaben. Darauf aufbauend wurden im Rahmen dieser Arbeit Fügeparameter ausgewählt und hinsichtlich der Festigkeit des Verbundsubstrates optimiert. Die Festigkeit der Verbindung wurde in Zerreißversuchen ermittelt und unter Berücksichtigung von Methoden des DoE der dazugehörige Versuchsplan erarbeitet. Dabei wurde eine mittlere Bondfestigkeit von ˜1700N/cmø bestimmt. Als Hauptparameter stellten sich dabei die Laminierdauer und der Laminierdruck heraus. Das Bestätigungsexperiment mit den optimalen Parametern ergibt Werte am unterem Erwartungshorizont.

Diese Arbeit beschäftigt sich mit piezoelektrischen Schallsensoren und Schallerregern, die mit den Technologien der Mikrosystemtechnik hergestellt werden können. Im Schwerpunkt dieser Arbeit steht die Schallsensorik. Als piezoelektrisches Material kommt das in der Mikrosystemtechnik bisher noch eher selten eingesetzte Aluminiumnitrid zum Einsatz. Im Fokus stehen Biegewandler in Form von Kreis- und Quadratmembranen sowie Brücken- und Zungenstrukturen. Am Rande werden auch Schallsensoren und Schallerreger auf Basis von SAWs (surface acoustic waves) betrachtet. Neben der Geometrie der Biegewandler werden verschiedene Anwendungsformen (Monomorph, Bimorph, Parallel-Bimorph und Serien-Bimorph) diskutiert und mittels der Finite-Element-Methode simuliert. Es sind verschiedene technologische Konzepte dargestellt und in zwei Prozessen sind Biegewandler in Form eines Bimorphs hergestellt worden. Als Biegewandler sind hauptsächlich Kreismembranen prozessiert worden. Biegewandler in Form von Quadratmembranen und Brückenstrukturen konnten auch erfolgreich hergestellt werden. Die Durchmesser bzw. die Kantenlängen der Biegewandler sind zwischen ein bis drei Millimeter und die Dicke liegt bei weniger als einem Mikrometer. Durch Messungen kann ein Funktionsnachweis der Sensoren erbracht werden. Abgeschlossen wird die Arbeit mit der Untersuchung von Versteifungen und Flexibilisierungen auf das mechanische Verhalten der Wandler mittels der Finite-Element-Methode.

Die Untersuchungen in der Diplomarbeit "Bestimmung der mechanischen Eigenschaften von Eis bei schlagartiger Beanspruchung" sollen einen Beitrag zur Klärung des Reibprozesses von harten Werkstoffen auf Eis leisten. Denn bis heute werden die der Reibung auf Eis zugrunde liegenden Mechanismen nur unvollständig verstanden. In dieser Arbeit wurden die mechanischen Eigenschaften von Eis bei schlagartiger Beanspruchung ermittelt. Mittels Schlagbiegeversuch nach Charpy (DIN EN ISO 179) sind an gekerbten und ungekerbten Eisprobekörpern die Kennwerte Schlagzähigkeit, Kerbschlagzähigkeit und Elastizitätsmodul in Abhängigkeit von der Eistemperatur und der Belastungsgeschwindigkeit bestimmt worden. - Zur Bestimmung der mechanischen Kennwerte an Eisprobekörpern musste ein geeignetes Verfahren zur Herstellung von möglichst riss- und porenfreien Eisprobekörpern gefunden werden. Eine zweckmäßige Probenkörpergeometrie wurde festgelegt und das konventionelle Pendelschlagwerk PW 5 hinsichtlich der Kühlung der Probekörper während des Versuchs und der Probekörpergeometrie umgebaut. Es wurden insgesamt 180 Eisproben zerschlagen und deren Kraft-Weg-Verlauf aufgezeichnet. Eine Bestimmung der Schlagzähigkeit bzw. Kerbschlagzähigkeit und des Elastizitätsmoduls erfolgte aus der Schlagarbeit und den elastischen Kenngrößen. - Die mechanischen Kennwerte der Eisproben zeigten eine sehr große Streuung, es ergab sich eine rechtslastige Verteilung. Ein Mittelwert nach Gauß konnte nicht zur Auswertung und Darstellung der Ergebnisse benutzt werden, da sich keine Normalverteilung ergab. Aus diesem Grund musste eine geeignete Verteilung gefunden werden, um die gewonnenen Messwerte darzustellen und zu interpretieren. Eine geeignete Verteilung ist die Weibull-Verteilung. Mit dieser Verteilung kann man Werkstoffe beschreiben, bei denen die Eigenschaften sehr stark von einer Fehlergröße (z.B.: Anzahl der Risse im Eis) abhängen und deshalb sehr stark streuen.

In der vorliegenden Diplomarbeit wird ein neuartiges pneumatisches Mikroventil aufgebaut, welches mit einem elektromagnetischen Resonanzaktor betrieben wird. Für die erfolgreiche fertigungstechnische Umsetzung des mechatronischen Systems wird der Grobentwurf des Mikroventils in ein feindimensioniertes und fertigungsgerechtes Design überführt. Die konstruktive Gestaltung erfolgt unter dem Ziel der Volumenintegration. Der Konzeption und Dimensionierung der Ventilfeder kommt aufgrund des kleinen Bauraums und der dynamischen Forderungen eine besondere Bedeutung zu. Die Ventilfeder muss bei vergleichsweise hoher Steifigkeit dauerfest ausgelegt sein. Mit Hilfe der Laser-Feinbearbeitung kann eine Feder gefertigt werden, die sowohl den Anforderungen als auch den Restriktionen genügt. Der Schaltungsentwurf zur Steuerung des Resonanzventils sowie das Layout der Leiterplatte wird dokumentiert. Der Prozess der Systemintegration legt im Rahmen der messtechnischen Eigenschaftsabsicherung der Ventilkomponenten von der Spezifikation abweichende Werkstoffparameter offen. Die Folgen sind eine gegenüber dem Systemmodell verringerte Reluktanzkraft in den Endlagen des Ventilankers, eine geringere Steuerbarkeit sowie ein erhöhter Energiebedarf des realisierten Funktionsmusters. Dennoch konnte die Funktion des Ventils nachgewiesen sowie die aus dem Funktionsprinzip hervorgehenden Vorteile dargestellt werden. Im Rahmen des Systementwurfs wird einem besonders interessanten Detailansatz nachgegangen: der funktionellen und technologischen Integration von Ventilfeder und Anker. Der vollkommen neue Ansatz verkörpert die Konstruktionsziele der Funktionen- und Volumenintegration. Die Ergebnisse der Betrachtungen zur Miniaturisierung haben gezeigt, dass das realisierte Resonanzventil in seinen Abmessungen noch wesentlich verkleinert werden kann: Mit dem Prinzip des querschnittsvergrößerten Dauermagneten ist eine Reduktion des Ventilvolumens unter Einhaltung aller funktionellen Parameter wie Nennweite und Schaltfrequenz um mehr als eine Größenordnung auf ein Gesamtvolumen des Ventilaktors von etwa 0.3 cm&dzcy; möglich. Die im Vergleich zum Eisenquerschnitt des magnetischen Rückschlusses vergrößerte Querschnittsfläche des Dauermagneten ermöglicht die Ausnutzung der hohen Sättigungsflussdichte von Eisen-Kobalt-Legierungen und somit die entscheidende Verkleinerung des Aktorvolumens.

Der erste Teil der Diplomarbeit beschäftigt sich mit dem Aufbau einer Messzelle zur Bestimmung des elektrischen Widerstands einer Polymerschmelze direkt während der Extrusion. Die Umsetzung dieser Messeinrichtung im Labormaßstab erfolgte im Anschluss daran an einem Doppelschneckenextruder (d = 27mm). - Im zweiten Teil wurde jeweils untersucht, inwieweit sich eine Änderung der Maschinenparameter Temperatur, Schneckendrehzahl und Förderrate auf die elektrischen Widerstände, zum einen in der Schmelze, zum anderen an erstarrten, vollständig auskristallisierten Prüfkörpern auswirkt. Die Versuche hierzu fanden jeweils an drei unterschiedlichen rußgefüllten Polymeren statt (Polypropylen (PP), Polytehylen (HDPE) und Ethylenvinylacetat (EVA)). - Da der eigentliche Einsatz einer derartigen Messzelle in der Überwachung der Rußdosierung liegt, behandelt der letzte Teil schließlich die Frage, inwieweit sich eine derartige Messeinrichtung dafür eignet. Aus diesem Grund wurde von jedem der drei Kunststoffe eine Eichkurve mit unterschiedlichen Rußgehalten aufgenommen. Anschließend wurde die Schrittweite reduziert und die genaue Messauflösung anhand einer simulierten Störung der Rußdosierung bestimmt.

Textile Materialien bieten aufgrund ihrer hohen Flexibilität, Nachgiebigkeit und mechanischen Belastbarkeit vielfältige Einsatzmöglichkeiten. Durch die Kombination dieser Eigenschaften mit den physikalischen Eigenschaften der Metalle können neue Anwendungsbereiche für die metallisierten Textilien erschlossen werden. Der Stand der Technik bezüglich der Metallisierung nichtleitender textiler Substrate beinhaltet insbesondere die Versilberung von Polyamidfasern. Die Anwendung versilberter Polyamidfäden ist auch unter dem Namen "Silbertechnologie" bekannt. Darauf aufbauend soll die chemische Kupferabscheidung auf Polyester angewendet werden, um kostengünstigere und thermisch stabilere Produkte zu erhalten. Einerseits wird Polyester bislang nicht in der Kunststoffgalvanisierung eingesetzt, andererseits konnten der Literatur auch keine gängigen Beschichtungstechnologien entnommen werden, die einen haftfesten Verbund zwischen Kupfer und Polyester bringen würden. Es galt herauszufinden, inwieweit bereits vorhandene Technologien der Kunststoffmetallisierung, z.B. für ABS-Polymere, auf Polyestermaterialien übertragbar sind. Die Abscheidungsrate des verwendeten, chemischen Kupferelektrolyten wird in Abhängigkeit der Elektrolytbelastung, der Elektrolyttemperatur, der Konzentrationen der Hauptbestandteile des Kupferelektrolyten und der Konvektion untersucht. Zur Konstanthaltung der Abscheidungsgeschwindigkeit werden die Elektrolytbestandteile analysiert und der Elektrolyt regeneriert. Untersuchungen bezüglich der Haftfestigkeit und Duktilität der chemisch abgeschiedenen Kupferschicht werden dargestellt.

Tumore können durch lokalisierte und kontrollierte Freisetzung von Wirkstoffen behandelt werden. Dazu werden MEMS-basierte Wirksstoff-Freisetzungssysteme in den Tumor injiziert. Eine exakte Kontrolle über die Dosis des pharmazeutischen Wirkstoffs konnte bisher nicht nachgewiesen werden. Eine Möglichkeit, Wirkstoff-Freisetzungssysteme herzustellen, die keine eigene, interne Energiequelle besitzen, ist die Entwicklung eines mechanischen Systems, das unter dem Einfluss eines externen magnetischen Feldes Wirkstoffe freigibt. Das Magnetfeld soll eine Membran zerstören, indem es sie in eine Schneide auslenkt, die sich unter der Membran befindet. Durch die Zerstörung wird der Wirkstoff in der darunter liegenden Kavität freigegeben. Alle Materialien in solch einem Freisetzungssystem müssen biokompatibel sein. Da die Membran zusätzlich ferromagnetisch sein muss, kann sie aus einem Verbundwerkstoff hergestellt werden, wobei ein Kunststoff fein verteilte Puder aus ferromagnetischen Partikeln beherbergt. PDMS (PolyDiMethylSiloxan) hat wünschenswerte Materialeigenschaften für diese Anwendung. Das spin coating von viskosen Verbundmaterialien scheitert auf Grund der Dichteunterschiede zwischen ferromagnetischem Material und dem Kunststoff. Membranen aus ferromagnetischen Partikeln in einem Kunststoff können durch einen Rakelprozess hergestellt werden. Dazu wird die flüssige Mischung in eine mikrotechnisch hergestellte Form gegossen und überflüssiges Material mit einem Rakel entlang des Formenrandes abgestrichen. Die Permeabilität von feinen Partikeldistributionen in einem Polymer wird durch die Theorie der effektiven Medien beschrieben. Diese schlagen Berechnungsvorschriften für eine Ersatzpermeabilität vor. Die feine Verteilung von ferromagnetischen Partikeln in dem Polymer sorgt für eine weitgehende Linearisierung der charakteristischen Hystereskurve. Das Material verliert seine magnetische Hystere dabei fast vollständig. Die Membranauslenkung unter dem Einfluss eines externen magnetischen Feldes kann mit Hilfe eines Laser-Doppler-Vibrometers untersucht werden. Da die Membranen gleichzeitig die Dichtungselemente der Kavitäten sind, die die Wirkstoffe enthalten, werden die Membranen auf die Kavitätsränder gebondet. Dabei wird eine Vorspannung "eingefroren", die einen starken Einfluss auf die Membranauslenkung hat. Generell kann das Verhalten einer Membran im externen Magnetfeld mit einem Modell abgeschätzt werden, das von Kräften auf ferromagnetische Grenzflächen innerhalb eines inhomogenen magnetischen Feldes ausgeht.

Diese Diplomarbeit beschäftigt sich mit dem Einfluss von Licht auf pH-Messungen mit Aluminium-Gallium-Nitrid/Gallium-Nitrid (AlGaN/GaN)-Sensoren. pH-Sensoren auf AlGaN/GaN-Basis haben gegenüber herkömmlichen Glaselektroden den Vorteil einer sehr geringen Baugröße. Zudem ist es auf Grund des planaren Aufbaus und der optischen Transparenz des Sensors möglich, zeitgleich elektrische und optische Messungen durchzuführen. AlGaN/GaN-Heterostrukturen eignen sich auf Grund ihrer spezifischen Eigenschaften für eine Vielzahl an weiteren Anwendungen (z.B. Laserdioden, Photodektoren, Hochfrequenzbauelemente). Ein Problem, das bei der Verwendung dieses Materials auftritt, ist die Persistente Photoleitung (PPC). In der Diplomarbeit werden zunächst die Eigenschaften des am Zentrum für Mikro- und Nanotechnologien (ZMN) entwickelten Sensors und die Ursache der PPC in AlGaN/GaN-Heterostrukturen erläutert. Ziel der Arbeit ist es, die Abhängigkeit des Messsignals von den Beleuchtungsverhältnissen zu reduzieren. Dazu werden verschiedene schaltungstechnische Möglichkeiten vorgeschlagen und ihre Wirkung bewertet.

In der Industrie sind Wolframkarbid/Kohlenstoff Beschichtungen als reibungs- und verschleißarme Schichten erfolgreich im Einsatz. Diese werden unterschieden in Nanodispersionsschichten (nanocomposites), in denen nanokristalline WC-Körner in eine Kohlenstoffmatrix eingebettet sind, und in Schichten mit einem periodischen Schichtaufbau aus abwechselnden Wolframkarbid- und Kohlenstoffschichten. Die in der Industrie eingesetzten Multilayerschichten weisen keine scharfen, sondern kontinuierliche Übergänge zwischen den Einzellagen auf. In der vorliegenden Arbeit werden gesputterte WC/C-Multilayerschichten mit scharfen Grenzflächen und unterschiedlichem Schichtaufbau auf ihr tribologisches Verhalten hin untersucht. Dabei liegt der Schwerpunkt auf der Charakterisierung des mechanischen Verhaltens bei hohen Hertz'schen Kontaktdrücken zwischen 0,6 GPa und 0,9 GPa. Zum Vergleich werden zusätzlich Schichten aus amorphen Kohlenstoff (a-C), aus WC1-x und eine WC/C-Nanodispersionsschicht untersucht. Dazu werden tribologische Messungen mit einem Mikrotribometer durchgeführt, wobei durch Variation der Messzeit das Kurzzeit- (2,5 h) und das Langzeitverhalten (ca. 7 h) ermittelt wird. Das Reibverhalten der unterschiedlichen Schichten wird miteinander verglichen. Über Untersuchungen im Rasterelektronenmikroskop werden Aussagen über den Zustand der Kontaktzonen, von Grund- und Gegenkörper bezüglich des Verschleißes getroffen. Über profilometrische Messungen an den bei den Langzeitversuchen erzeugten Verschleißspuren werden mittlere Verschleißtiefen und spezifische Verschleißraten für die untersuchten Schichten ermittelt und in Bezug auf den Schichtaufbau miteinander verglichen. Aus den ermittelten Verschleißdaten werden zwei Proben ausgewählt, von welchen Querschnitte in einem FIB-System erzeugt werden sollen, um so über TEM-Aufnahmen weitere Aussagen über das mechanische Verhalten treffen zu können. Bei den Kurzeitversuchen zeigt sich, dass die Reibeigenschaften abhängig vom Schichtaufbau sind, wobei die ermittelten Reibungskoeffizienten in einem Bereich zwischen 0,13 und 0,24 liegen. In den Langzeitversuchen ist bei den meisten Schichten Verschleiß aufgetreten. Es wurden spezifische Verschleißraten zwischen 10-8 und 10-6 mm3/Nm je nach Schichtaufbau ermittelt. Der Verschleiß sowie beobachtete Transferfilmbildungen beeinflussen das Reibverhalten der unterschiedlichen Schichten.

Zu Beginn der Arbeit wurde der Forschungsstand anderer Gruppen aufgezeigt. Um im Projekt Pi-NEMS einen vergleichbaren Stand zu erreichen, müssen die Prozessierung und die damit verbundenen Balkeneigenschaften sicher beherrscht werden. - Die Arbeit hat gezeigt, dass sich das Schwingverhalten der Resonatorbalken mathematisch nachbilden lässt, die Messergebnisse haben gut mit den berechneten Werten übereingestimmt. Für die Simulation wurden Algorithmen erstellt, mit denen die Änderung der Resonanzfrequenz durch Massebelegung nachgebildet werden kann. Weiterhin wurde die Formel zur Berechnung der Güte in Abhängigkeit von Balkenparametern und Resonanzfrequenz aufgestellt. Mit dieser Formel konnte auch der Einfluss des Umgebungsdrucks und der Temperatur berechnet werden. Es wurde ebenfalls die Analogie aufgezeigt, mittels welcher das mechanische Resonatorsystem in einen elektrischen Parallelschwingkreis überführt werden kann. - Aus Messergebnissen (Frequenzbereich) konnten Rückschlüsse gezogen werden, wie die Messbedingungen zu standardisieren sind um miteinander vergleichbare Ergebnisse zu erhalten. Besonders wichtig ist demnach das Einhalten einer konstanten, geregelten Temperatur am Messobjekt, da sich die Resonanzfrequenz proportional zur Temperatur ändert mit ca. 1 kHz/K. Der Einfluss des Umgebungsdrucks ist vernachlässigbar, wenn nur die Güte untersucht wird, da im Bereich atmosphärischer Schwankung die Änderung von der Güte klein ist. Da aber die Güte meist zusammen mit der Resonanzfrequenz betrachtet wird, sollten Messungen bei einem leichten, reproduzierbaren Unterdruck durchgeführt werden. Im Vakuum ist eine präzise Druckregelung offenbar nicht nötig. Für weitergehende Untersuchungen zur Temperaturabhängigkeit der Resonatoreigenschaften sollte ein Chip in einem gekapselten DIL-Gehäuse verbaut werden um ihn so von Umwelteinflüssen, insbesondere Druck- und Luftfeuchtigkeitsänderungen zu entkoppeln. - Desweiteren sollte untersucht werden, ob eine sehr dünne AlN-Schicht vorteilhaft für das Schwingverhalten und für die Signalstärke kurzer Balken ist. Die Überlegungen haben gezeigt, dass durch eine dünne AlN-Schicht eine Verringerung der Balkenlänge möglich sein kann und damit auch höhere Resonanzfrequenzen und Güten erreicht werden könnten. - Einen großen Fortschritt wird die piezoelektrische Anregung der Balken mit sich bringen. Insbesondere die Entwicklung einseitig eingespannter Cantilever-Balken sollte hier das Ziel sein. Wie die Arbeiten anderer Gruppen zeigen, ist diese Geometrie gut geeignet zur Massebestimmung. Eventuelle Verspannungszustände der Massebelegung können durch eine selektive Aktivierung/Passivierung der Oberfläche kontrolliert bzw. ausgeschlossen werden.

Die Diplomarbeit ist Teil des EU-Projekts GaNano. Im Rahmen dieses Projektes wird ein offen-fluidisches Messsystem zur Analyse von Tröpfchen im Nanoliterbereich entwickelt. Der verwendete Sensor besteht aus einer Aluminiumgalliumnitrid/Galliumnitrid-Heterostruktur, welche auf Grund ihrer Eigenschaften eine simultane elektrische und optische Messung von aufgebrachten Tropfen ermöglicht. Meine Aufgabe war es, die einzelnen Komponenten zu einem automatisierten Messaufbau zu integrieren. Der Sensor wurde um eine Mikroreferenzelektrode erweitert, um pH-Messungen an Tropfen zu ermöglichen. Zur simultanen Absorptionsmessung wurde der optische Messaufbau in das vorhandene System integriert. Der gesamte Messablauf wurde automatisiert und die hierzu benötigten Programme geschrieben. Hierdurch konnten die Ergebnisse im Vergleich zur manuellen Durchführung verbessert werden. Durch die elektrische Messung lassen sich Enzymreaktionen in 550 nl großen Tropfen qualitativ verfolgen. Mit der automatisierten optischen Analyse konnte in 550 nl großen Tropfen eine Paranitrophenolkonzentration von 5 myM detektiert werden. Paranitrophenol ist ein Farbstoff, der je nach Konzentration und pH-Wert die Lösung mehr oder weniger stark gelb färbt. In 700 nl Tropfen stattfindende Enzymreaktionen, die zu einer Färbung der Lösung und zu einer Änderung des pH-Werts führen, können qualitativ gemessen und quantitativ abgeschätzt werden. Es wurde außerdem die Grundlage zur Integration eines Fluoreszenzmessgerätes geschaffen.

Die Prinzipien Photoreduktion und Oxidation wurden zur Ozondetektion mittels Indiumoxid verwandt. Hierbei hat sich der Impuls-Modus als Betriebsart der UV-LED als sinnvoll erwiesen. Ein automatisierter Messplatz zur praxisnahen Untersuchung der Schichten wurde entwickelt. Langzeitmessungen in verschiedenen Atmosphären, wie synthetischer Luft und relativer Luftfeuchte (35 - 90%), mit verschiedenen Ozonkonzentrationen (13 ppb - 190 ppm) wurden realisiert. Es wurden zwei Sensortypen getestet. Der erste Typ ist eine Nanopartikelbasierende In2O3-Schicht, die mittels MOCVD hergestellt wurde. Die Nanopartikel haben einen Durchmesser von 3 bis 33 nm. Der Durchmesser kann durch die Variation der Wachstumstemperatur von 150 bis 300 &ring;C bestimmt werden. Diese Schichten zeigen eine sehr große Empfindlichkeit von 10^5 bei Oxidation mit Ozon (hinab bis 15 ppb) und Photoreduktion durch eine UV-LED bei Raumtemperatur. Die Querempfindlichkeit gegenüber reinem O2, NOx und COx ist gering. Die Antwortzeit der 10 nm dicken Nanopartikelschichten gegenüber Ozon in Vakuum beträgt weniger als 1 s. Diese In2O3-basierenden Ozonsensoren sind in feuchter Luft funktionsfähig. Der zweite Untersuchte Sensortyp wurde bei 600 &ring;C hergestellt. Er zeigt eine geringere Ozonempfindlichkeit, aber eine größere mechanische Stabilität.

Im Rahmen dieser Arbeit wird ein Abscheideprozess zur Herstellung von Aluminiumnitrid (AlN) als Dünnschicht entwickelt. Zur Herstellung dieser Schichten kommt das reaktive HF Magnetron-Sputtern zum Einsatz. Es wird der Einfluss der Abscheideparameter Sputterleistung, Prozessdruck, Substrattemperatur und Stickstoffkonzentration in der reaktiven Sputteratmosphäre auf die entscheidenden Schichteigenschaften untersucht. Das Ziel der Schichtabscheidung ist die Optimierung piezoelektrischer Materialeigenschaften. Dazu sind neben einer Vorzugsorientierung der Kristallite der Schicht auch elektrisch isolierende Schichteigenschaften nötig. Die Abhängigkeit der kristallinen Orientierung des Schichtmaterials von den Abscheideparametern konnte aufgeklärt werden. Es werden optimale Werte für die Sputterleistung und die Substrattemperatur angegeben. Außerdem wird der Einfluss des Stickstoffanteils in der reaktiven Sputteratmosphäre untersucht. - Die AlN-Dünnschichten können auf unterschiedlichen Substratmaterialien wie Silizium, Saphir, Siliziumoxid und Siliziumnitrid mit der benötigten Orientierung abgeschieden werden. - Die elektrische Schichtcharakterisierung zeigt eine Abhängigkeit der Kennwerte Durchbruchfeldstärke und spezifischer Schichtwiderstand von den Abscheideparametern. Im Rahmen dieser Messungen werden die in der Literatur angegebenen Maximal-Werte noch nicht vollständig erreicht. - Die mechanische Schichtcharakterisierung ergibt unterschiedliche Spannungszustände abhängig von den Parametern des Sputterprozesses. Dabei können Schichten mit Zug- und Druckspannungen abgeschieden werden. Die Strukturierung erster Teststrukturen in Form von runden Membranen verdeutlicht die Möglichkeit ein schwingungsfähiges Membransystem auf Basis einer AlN-Schicht zu entwickeln. - Abschließend werden Untersuchungen zum Verhältnis von Aluminium zu Stickstoff in den gesputterten Schichten beschrieben. Es kann eine Abhängigkeit dieses Verhältnisses von den Abscheideparametern Sputterleistung und Stickstoffanteil in der Sputteratmosphäre festgestellt werden. - Die Arbeit schließt mit einem Ausblick auf weitere Optimierungspotentiale der beschriebenen Technologie.

In der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss von Eigenspannungen auf das Verschleißverhalten von TiAlN beschichteten Fräswerkzeugen untersucht. Es wird vermutet, dass ein kleiner Unterschied zwischen Schicht- und Substratspannungen zu besonders guten Zerspanleistungen führt. Daher war Ziel der Arbeit Ds zu ermitteln und Korrelationen mit durchgeführten Schneidtests zu finden. Die Ermittlung der Eigenspannungen erfolgte röntgenographisch mit dem sinøPsi-Verfahren. Erwartungsgemäß kam es dabei zu einem Anstieg der Druckeigenspannungen mit stärkerer Strahlbehandlung. In den geschliffenen Wendeschneidplatten konnten die durch das Schleifen eingebrachten inneren Druckspannungen nachgewiesen werden. Nach der Spannungsmessung wurden die Substrathartmetalle mit einem Sputter- bzw. einem Arc-Prozess mit TiAlN beschichtet. Nach der PVD-Beschichtung wurden die Spannungen im Substrat sowie der Schicht ermittelt. Interessant war die Abhängigkeit der Schichtspannungen von der Strahlvorbehandlung. Dies wurde auf die unterschiedlichen Oberflächenrauheiten nach dem Strahlen zurückgeführt. Im Hartmetallsubstrat konnte ein Spannungsabbau während des Beschichtens durch die thermische Belastung nachgewiesen werden. In einem ersten Schneidtest, dem so genannten Igeltest, ein erstes mal auf ihr Schneidverhalten getestet. Dabei konnte keine Abhängigkeit der Schichthaftung von der Strahlvorbehandlung festgestellt werden. Bei den Frästests wurden Unterschiede zwischen den zwei Beschichtungen festgestellt. Bei der ALOXSNø-Schicht konnten durch das Strahlen kaum positive Einflüsse auf die Standzeit beobachtet werden. Teilweise kam es sogar zu einer Verringerung der Standzeit. Hohes Optimierungspotential ist nicht zu erkennen. Die C9-Schicht schnitt bei den Tests gegenüber der ALOXSNø-Schicht in der Regel besser ab. Bei den C9 beschichteten WSP konnte in allen drei Tests eine Erhöhung der Standzeit ermittelt werden. Bei dieser Beschichtungsvariante besteht offensichtlich noch Optimierungspotential. Dabei müssen, aufgrund der komplexen Einflüsse der Vorbehandlung, des Beschichtens und des Zerspanens, unterschiedliche Schicht-Substratkombinationen unabhängig voneinander untersucht werden.

Ziel der Untersuchungen ist die Erforschung bzw. Realisierung einer zusätzlichen Möglichkeit zur maßgeschneiderten Beeinflussung der magnetischen Eigenschaften von Bariumhexaferrit (BHF) über die gezielte Einstellung von Vorordnungen mittels eines inhomogenen magnetischen Feldes, dass magnetische Inhomogenitätskräfte auf paramagnetische Ionen generiert. Diese elektromagnetische Modifizierung ist für Synthesen von Ferriten, deren Eisenionen partiell substituiert werden sollen, nutzbar. Zur Bewertung des Potentials der Inhomogenitätskräfte wird die Schmelze mit der Sollzusammensetzung (Mol-%) 40 BaO + 27 Fe2O3 + 33 B2O3, und ein spezieller Laborschmelzofen, der in dem asymmetrischen Luftspalt eines Wechselstrommagneten befindet, benutzt. Eine Schmelze ohne Magnetfeld und eine unter Einwirkung des inhomogenen Magnetfeldes aber annähernd gleichen thermischen Randbedingungen werden hergestellt und definiert abgekühlt. Aus den erstarrten Schmelzen werden Proben an ausgewählten Stellen entnommen, vorbereitet und analysiert, um anhand der Veränderungen in den Proben die Effekt des inhomogenen Magnetfeldes auf die Schmelze nachzuweisen. Komplexometrie, Potentiometrie, Röntgenbeugung (XRD), Sättigungsmagnetisierung und Koerzitivitätsfeldstärke sind die gebrauchte Messverfahren. XRD und Potentiometrie ergaben die bedeutungsvollsten Ergebnisse. Sie zeigten, dass der Anteil von Fe3+ im obersten Teil der Schmelze größer als im untersten Teil ist, und umgekehrt für Fe2+, für Schmelzen mit dem Magnetfeldeinfluss. Andere wichtige Ergebniise sind: Durch das inhomogene Magnetfeld wurde die Eisengesamtverteilung über die Schmelzhöhe nicht signifikant verändert; die Dichtedifferenzen der erstarrten Schmelzproben (nicht separiert) zwischen oben und unten werden größer, und die Dichtediffenzen der entstehenden Ferrite (separierte Proben mit Essigsäure) werden im unteren Bereich kleiner. Allerdings sind die Ergebnisse mit der Komplexometrie zur Bestimmung des Gesamteisenanteile nicht abgeschlossen zu betrachten, weil die Standardabweichungen zwischen den gemessenen Proben sich überlappen.

Die konventionelle Strommessung in Umgebungen hoher elektrischer Spannungen und hohen elektromagnetischen Interferenzen (EMI) erfordert gewöhnlich komplexe Geräte aufgrund der notwendigen Isolation und Abschirmung des Sensors. In dieser Arbeit wird die Möglichkeit untersucht auf dem Faraday Effekt basierende opto-magnetische Magnetfeldsensoren zu benutzen um Stromfehler in IGBT-geschalteten Leitern zu detektieren. - Zunächst werden optische und nicht-optische Technologien mit dem Fokus auf optische Technologien untersucht. Ein optischer Faraday-Film-Sensor wurde ausgewählt. Folgend wurde eine FEM Simulation der magnetischen Feldverteilung um eine parallele Leiteranordnung durchgeführt und die vorteilhaften Ergebnisse der Feldverteilung dieser Anordnung werden präsentiert. Die Sensoreigenschaften eines vorhandenen YIG Faraday Sensor werden bestimmt. Die von der Simulation bestimmte vorteilhafte magnetische Feldverteilung wird durch Experimente bestätigt. Die Sensorelektronik wird der Anwendung angepasst und ein elektronische Schaltung zur Fehlerbehandlung wurde zugefügt. Schließlich wurden erste Tests mit IGBT-geschalteten Strömen in einem Aufbau ähnlich der geplanten Anwendung durchgeführt. Die vorgeschlagene Sensortechnologie gab vielversprechende erste Ergebnisse zur zuverlässigen und schnellen Fehlererkennung in Umgebungen hoher elektromagnetischer Interferenzen.

In der Arbeit wird eine Technologie für UV-Photodetektoren mit integriertem Filter entwickelt. Die erzeugten Bauelemente werden durch Photostrommessungen charakterisiert.

In der Arbeit wird die Augertiefenprofilierung und die Faktoranalyse auf die Untersuchung der Schichtfolgenparameter von Nickel-Kohlenstoff und Kohlenstoff-Kohlensstoff Supergittern angewandt. Der Einfluß von Meßparametern wird dabei evaluiert.

Die Arbeit behandelt die Herstellung und Charakterisierung von Polymersolarzellen. Es wird der Zusammenhang zwischen dem Aufbau der Polymersolarzelle, den verwendeten Materialien und der Einfluß von Prozeßparametern untersucht.