Untersuchung ausgewählter Eigenschaften von Gelen für die Kieselglasherstellung. - 125 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2008
Die vorliegende Diplomarbeit beschäftigt sich mit der Erzeugung von Kieselglas über den Sol-Gel-Prozess. Die Zusammensetzung des Sols sowie die Prozessparameter beeinflussen die Eigenschaften und die Struktur des entstehenden Gels. Der Herstellungsprozess gliedert sich in fünf Teilschritte: - 1. Herstellung der Sole - entsprechend einer Versuchsmatrix wurden verschiedene Sole hergestellt - Variation der SiO2-Quellen TEOS und pyrogene Kieselsäure sowie des Ethanolgehalts - 2. Gelierung - Aufnahme von Viskositäts-Zeit-Kurven - anschließend weitere Beschreibung der Gelierkinetik mittels Penetrationsprüfung - 3. Alterung - Bestimmung von Biegefestigkeit und E-Modul mit Dreipunkt-Biege-Messung nach 24 und 168 Stunden - Entwicklung eines neuartigen Versuchsaufbaus zur Charakterisierung der Schwindung gerade entstehender Gele - Bestimmung des Langzeitverhaltens der Schwindung - 4. Trockung - überkritische Trocknung der Gele - Aufnahme von Stickstoffsorptionsisothermen ausgewählter Proben - Auswertung mit BET- und BJH-Modell, Darstellung der Porenvolumenverteilung - 5. Sinterung - Charakterisierung des Sinterverhaltens mit DTA, TG und XRD - Bewertung der Glasqualität und Schwindung - Die durchgehende Beschreibung des Synäreseverhaltens wurde erreicht, sowie funktionelle Zusammenhänge zwischen den Anteilen der Ausgangskomponenten am Sol und ausgewählten Geleigenschaften als auch ein optimaler Zeitpunkt zum Entformen komplizierter Bauteile gefunden.
Feldunterstützter Ionenaustausch in Glas. - 198 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2007
In dieser Arbeit wird die Modifizierung des mechanischen und optischen Verhaltens vom photostrukturierbaren Glas FS21 und vom Borosilikatglas Duran durch den Ionenaustausch in Kalium-, Natrium- und Lithiumnitratschmelzen unter Einsatz eines elektrischen Feldes untersucht. Die Eigenschaftsänderungen werden in Abhängigkeit von der Art des elektrischen Feldes, sowohl Wechsel- als auch Gleichfeld, der Prozesstemperatur und -zeit betrachtet. Dazu werden die Biegebruchfestigkeit und der Elastizitätsmodul, die Brechzahlgradienten der ionenausgetauschten Zone in der Glasoberfläche und die Lichtführungseigenschaften bestimmt. Als Grundlage der Veränderungen wird über EDX-Analyse der Konzentrationsverlauf der ausgetauschten Ionen ermittelt. Für FS21 und Duran zeigt sich, dass jeweils ein Parametersatz für den Ionenaustausch eine Steigerung der Festigkeit um 100 % bewirkt. Jedoch kann die Feldunterstützung im Vergleich zum thermischen Ionenaustausch nicht die Streuung der Festigkeitswerte minimieren. Der Ionenaustausch an FS21 in Kaliumnitratschmelze führt zu einer Brechzahlerhöhung und der in Natriumnitratschmelze zu einer Brechzahlreduzierung. - Schlüsselwörter: feldunterstützter Ionenaustausch; Glas; Nitratsalzschmelze; Festigkeit; Brechzahl
Erprobung verfahrenstechnischer Prinzipien und Entwurf eines Hochtemperatur-Chlorinators zur Reinigung von Quarzsanden. - 69 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2007
Die Qualität von Quarzglas hängt wesentlich von der Reinheit beziehungsweise von den Arten der Verunreinigungen des verwendeten Rohstoffes ab. Hauptsächlich eingesetzte Rohstoffe sind Schmelzgranulate natürlichen Ursprungs und solche, die aus künstlich gezüchteten SiO2-Autoklavenkristallen hergestellt werden. Beim Züchtungsprozess künstlicher Kristalle wird gegenüber den eingesetzten, natürlichen Kristallbrocken (z.B. LASCA) ein enormer, prinzipbedingter Reinigungseffekt erzielt. Sie zeichnen sich durch hohe Reinheit und geringe Blasigkeit im Anlieferungszustand aus. Allerdings sind diese Kristalle durch erhöhte Anteile an Alkaliionen gekennzeichnet, welche aus dem Züchtungsprozess resultieren. In Laborversuchen mit einem Hochtemperaturchlorinator konnte eine deutliche Absenkung dieser Verunreinigungen erreicht werden. Aufbauend auf diesem Prinzip sollte eine Aufgabenstellung für eine Apparatur im Produktionsmaßstab erarbeitet werden. Die Bemessung der Aufheiz- und Abkühlprozesse, sowie der Prozessführung während des Chlorinierens ermöglicht die Konzipierung einer solchen Anlage und führt letztendlich zu einer fachlich fundierten Aufgabenstellung für die Anlagenkonstruktion.
Optimierung der Matrixglassuspension für einen Oxidfaser/Glasmatrix-Verbundwerkstoff. - 66 S Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2006
Transparenz und sprödes Bruchverhalten sind zwei grundlegende Eigenschaften von Gläsern. Bei der Verstärkung der Gläser durch schwarze Kohlenstoff- und Siliciumkarbid-Fasern geht allerdings ihre Transparenz verloren. Zur Herstellung von transparenten oder transluzenten Glasmatrix-Verbundwerkstoffen sind daher amorphe oder nanokristalline anorganische Oxidfasern Gegenstand der aktuellen Forschung. Dabei müssen die Brechzahlen und die thermischen Ausdehnungskoeffizienten der anorganischen Oxidfasern mit den Werten der Matrixgläser übereinstimmen. Die Gleitschicht auf den Fasern muss transparent sein. Die Arbeit beginnt mit der Zerkleinerung kompakter Stücke des gelieferten Matrixglases und der Charakterisierung der Glaspulver. Durch Endlosfasern verstärkte Glasmatrix-Verbund"-werk"-stoffe werden durch einen Slurry-Imprägnier-Prozess hergestellt. Während die Fasern durch die Slurry gezogen werden, kommt es zur adhäsiven Aufnahme des suspendierten Glaspulvers durch die Fasern. Anschließend erfolgt die Herstellung der Prepregs und ihre Umwandlung in einen Komposit durch Heißpressen. Die Slurry besteht üblicherweise aus Glaspulver und destilliertem Wasser. Das Ziel dieser Arbeit ist die Optimierung der Slurry. Die Slurries sollen zum einen stabil sein und zum anderen soll eine gute Anlagerung des Matrixglases an die Fasern gewährleistet werden. Dazu werden zum einen die Zeitabhängigkeit des Lösungsverhaltens und der Verlauf des Zeta-Potentials von Matrixglaspulvern untersucht. Zum anderen werden die Benetzungseigenschaften der Pulver durch Kontaktwinkelmessungen charakterisiert. Abschließend wird die Adhäsionsarbeit zwischen Pulvern und Fasern in Wasser berechnet.
Einfluss paramagnetischer Kraftwirkungen auf die Kristallisation in Glasschmelzen. - 94 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2006
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.