Untersuchungen dotierter Sol-Gel-Quarzgläser und ihrer Schmelzen. - Ilmenau. - 90 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2017
Das Ziel der Arbeit war die Entwicklung eines Verfahrens, mit dem über die Sol-Gel-Route dotierte Rohrstoffe für das patentierte Plasmaschmelzverfahren der Firma QSIL hergestellt werden können. Unterziele waren die Veränderung der Absorption im ultravioletten Bereich durch geeignete Dotanden in entsprechenden Konzentrationen, sowie die Verringerung der thermischen Ausdehnung durch Titanzusatz. Ausgangspunkt war die Herstellung von massiven Kieselglaskörpern durch das Sol-Gel-Verfahren. Die Dotanden Cer, Eisen, Kupfer, Vanadium und Titan wurden in den Konzentrationen 100 ppm, 250 ppm, 500 ppm (Ce, Fe, Cu, V) oder 7 mol% (Ti) an verschiedenen Punkten in den Prozess eingebracht. Ansatzpunkte waren die SiO2-Dispersion, das Sol, der Lösungsmittelaustausch, der Xerogelkörper und die gemeinsame Sol-Gel-Reaktion zweier Substanzen. Die dotierten Gelkörper wurden gesintert, in der Rohrschmelze oder in der Plasmaschmelze aufgeschmolzen. Im Falle der Kristallisation durch eine Löslichkeitsüberschreitung des Dotanden im Kieselglas wurde mit Aluminium co-dotiert. Mittels Spektrometer wurden die Transmission- und Reflexionskurven der Ce, Fe, Cu und V-dotierten Proben aufgenommen. Die thermische Ausdehnung der Ti-dotierten Probe wurde mit dem Dilatometer gemessen. Zur Überprüfung der Homogenität der Dotandenverteilung wurde die Mikro-Röntgen-Fluoreszenzanalyse verwendet. Absolute Konzentrationen wurden mittels Atom-Emissionsspektroskopie bestimmt. Das beste Ergebnis in Bezug auf die Ultraviolett-Absorption lieferte die mit 250 ppm Fe und 1000 ppm Al dotierte Probe. Im Wellenlängenbereich von 190 nm bis 280 nm konnte eine Transmission < 1% nachgewiesen werden. Die Dotanden wurden während des Anmischens des Sols hinzugegeben und die Probe mittels Rohrschmelzverfahren aufgeschmolzen. Die Dotandenverteilung war zudem homogen. Die Wärmeausdehnung des Kieselglases mit 7 mol% TiO2 konnte von 5,5 * 10-7 K-1 auf 4,6 * 10-7 K-1 gesenkt werden.
Untersuchungen zum Einfluss von Zusammensetzung und Kristallisationsbedingungen auf die thermisch-mechanischen Eigenschaften von hoch-SiO2-haltigen Glaskeramiken. - Ilmenau. - 90 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2017
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.
Untersuchungen zur Mischoxidsynthese von mit Ti substituierten Bariumhexaferritpulvern. - 74 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2016
Mikrowellenabsorbierende Bariumhexaferritpulver mit verschiedenen Substitutionen wurden bereits mittels Glaskristallisationstechnik aus dem Dreistoffsystem BaO-B2O3-Fe2O3 hergestellt. Für großtechnische Herstellung von Ferritwerkstoffen ist allerdings der keramische Weg üblich. Die vorliegende Bachelorarbeit untersucht den Einsatz verschiedener Rohstoffe und Sinterregime zur Mischoxidsynthese von mit Titan substituierten Bariumhexaferriten. Die Arbeit stellt eine Machbarkeitsstudie für diese Herstellungsroute dar und untersucht erste Parametervariierungen. Die hergestellten Pulver werden außerdem anhand ihrer statisch-magnetischen und Mikrowellen-Eigenschaften bewertet und mit denen aus der Glaskristallisation verglichen. Zusätzlich wird die Anwendbarkeit der Syntheseroute auf die Herstellung substituierter Strontiumhexaferrite getestet.
Untersuchung des Einflusses der Dotierung auf das Gefüge eines fotostrukturierbaren Glases unter Verwendung fs gepulster Laserstrahlung. - 150 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2016
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.
Infiltration poröser Keramikkörper mit Metallschmelzen. - 132 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2016
Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Herstellung von Verbundkeramiken über die reaktive Flüssigphaseninfiltration von Metallschmelzen in poröse Keramikkörper untersucht. Hierfür wurden Pulvermischungen aus einer inerten Komponente und einer reaktiven Komponente gemischt und kalt-isostatisch gepresst. Die Grünkörper wurden anschließend mit einer Metallschmelze infiltriert, wobei die reaktive Pulverkomponente mit der Schmelze zu einer neuen keramischen Phase reagierte. Die hergestellten Verbundkeramiken wurden hinsichtlich der Gefügebildung mit Elektronenmikroskop-Bildern, der gebildeten Phasen mittels Röntgenbeugung und ihrer Restporosität untersucht. Die Oxidationsbeständigkeit ausgewählter Proben wurden mittels Thermo-Gravimetrie getestet. Es konnte gezeigt werden, dass die Pulver-Presslinge von der Schmelze infiltriert wurden. Es entstand ein mehrphasiges Gefüge, wobei die reaktive Komponente stets komplett umgewandelt wurde. Bei der Untersuchung des Infiltrationsprozesses wurde festgestellt, dass die Phasenbildung stark exotherm ist und durch die einströmende Schmelze der Partikelverbund teilweise zerstört wurde, wodurch die Formbeständigkeit nicht mehr gegeben war und Risse gebildet wurden. Dadurch verblieb unreagiertes Metall im Gefüge, was die Oxidationsbeständigkeit negativ beeinflusst. Thema in zukünftigen Arbeiten ist die Reduzierung des Anteils unreagierten Metalls und der Verformung der Proben nach der Infiltration.
Untersuchung zur Modellierung, Simulation der Flussdichteverteilungen und Optimierung von HTSL-Anordnungen für die Lorentzkraftanemometrie. - 62 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2016
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.
Technische Anforderungen an Reitböden in Hinblick auf die Anwendung rezyklierter Bau- und Abbruchabfälle. - 130 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2016
Das Recycling von Bauschutt und die Verwendung jener rezyklierten Bau- und Abbruchabfälle stellen Herausforderungen an Industrie und Forschung. Eine bisher unbetrachtete Einsatzmöglichkeit von rezyklierten Bau- und Abbruchabfällen bietet die Tretschicht auf Reitplätzen. Im Rahmen dieser Arbeit werden zehn verschiedene Außenreitplätze aus der Umgebung Ilmenau in Bezug auf ihre Tretschichtsande analysiert. Die Reitplatzbetreiber geben Auskunft über die Reiteigenschaften des jeweiligen Reitplatzes, wie z. B. Staubbildung und Trittfestigkeit. Analysemethoden sind unter anderem Lasergranulometrie, dynamische Bildanalyse, Gaspyknometrie, Messung der Eindringtiefe und Charakterisierung des Fließverhaltens mittels Ringschergerät. Aus dem Verhältnis von Nutzerbewertung und den ermittelten Kennwerten der untersuchten Tretschichtsande werden Eigenschaften für ein möglichst optimales Tretschichtmaterial bestimmt. Fünf rezyklierte Baustoffe werden analog zu den Tretschichtsanden untersucht und mit den Kennwerten der möglichst optimalen Tretschichteigenschaften verglichen. Rezyklierte Dachziegel, Hintermauerziegel, Kalksandstein und Vormauerziegel gehen als etwaige Tretschichtmaterialien aus den Analysen hervor. Deren partikeltechnologische Charakterisierung erfüllt die Anforderungen an eine möglichst optimale Tretschicht in vergleichbaren Maße wie die eingesetzten Tretschichtsande. Eine Optimierung der rezyklierten Bau- und Abbruchabfälle als Tretschichtmaterial ist durch Zuschlagstoffe, wie sie bereits für sandige Tretschichten verwendet werden, denkbar. Der Einsatz von den theoretisch geeigneten Recycling-Baustoffen als Reitböden sollte auf Test-Reitplätzen in der Praxis verifiziert werden.
Synthesis of silver nanoparticles in hydrogels. - 113 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2016
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.
Untersuchung und Bewertung von Polymer beschichteten, hartferritischen Mahlkörpern für die elektromechanische Nasszerkleinerung. - 142 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2016
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.
Reinigung von bewitterten, eisenarmen Glasscheiben mittels unterschiedlicher Reinigungsflüssigkeiten. - 67 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2016
In dieser Arbeit werden die Glasoberflächen von zwei Glasproben mit drei "Alterungsflüssigkeiten" gealtert um sie im Anschluss zu reinigen. Vor den Versuchen, nach dem Alterungsprozess und nach dem Reinigungsprozess werden jeweils die Glasoberflächenzustände bestimmt. Es werden die Grundlagen der Glas- und im speziellen der Flachglasherstellung beschrieben, die zugrunde liegenden Normen erläutert und die einzelnen Messgeräte zur Glasoberflächenanalyse vorgestellt. Ziel war es eine Aussage darüber treffen zu können, ob der Eisengehalt der Glases einen Einfluss auf den Glasoberflächenzustand von Solarmodulen hat, und wenn ja welchen!