Publikationen

Flexible glass is an interesting substrate for a variety of displays, especially bendable or foldable ones, as it shows excellent surface properties and appealing haptics. With the necessary skill, flexible glass can be coated with thin films of different functionality, such as electrical or optical thin films, using plasma processes. In displays, thin film coatings such as transparent conductive electrodes and/or antireflective layer stacks are of major importance. Despite its attractive surface properties, however, flexible glass is still brittle, and its strength must be examined and monitored during any functionalization process, especially with regard to the fatigue behaviour. Currently, specific setups for cyclic fatigue testing of coated flexible glass are not available. Therefore, a new test method is presented herein for easy-to-handle rapid strength and fatigue testing using an endurance testing machine. This method overcomes two issues with the commonly used two-point bending test: the correct insertion of specimens is much easier, and both strength and fatigue testing using the same setup are now possible. Finite element method (FEM) simulation outcomes and first experimental simple fracture tests show that results comparable to those with a two-point bending test setup can be achieved with less effort. This makes it possible to analyze the fracture behaviour of flexible glass under cyclic loading and to evaluate the influence of thin film stress and other coating properties on its performance.

The manufacturing of optical freeform surfaces offers a high potential for optical approaches in the future, since they can make new optical systems lighter and more compact or even enable completely new functions, compared to conventional optics. However, the expanded possibilities go hand in hand with higher complexity in production of freeforms for precision optical applications. This leads to high prices and long delivery times. This paper shows an approach to improve manufacturing of freeforms in small batch sizes with a high degree of customization, by a process chain consisting of (ultrasonic-assisted) pre- and fine grinding combined with ultra-fine grinding using resin bond tools. The process chain is suited for efficient fabrication of optical surfaces. A main focus of the experiments is on reduction of low- and mid-spatial frequency surface deviations, as well as surface roughness. Several different influencing factors in a 5-axis CNC grinding process of fused silica freeforms are investigated and their effects on the resulting surface topography (from the low to the high frequency range of surface deviations) are observed using white light interferometry measurement principles. Various optimization approaches can be concluded.

Understanding the connection of molecular structure and optical properties of rare earth doped luminescent materials is essential for fabrication of state-of-the-art active laser media. On the other hand, rare earth ions can be used as a probe ion for the molecular structure of the host material if the structure-property correlations are known. Therefore, this work combines molecular dynamics simulations, Judd-Ofelt theory and UV-vis-NIR absorption spectroscopy including the behavior of the structure-sensitive hypersensitive absorption transitions of Er3+ to expand the knowledge on the local molecular structure in the immediate vicinity of the doped rare earth ions in dependence of glass composition. For this purpose, glasses of the compositions (35-x) BaO &hahog; x MgO &hahog; 10 Al2O3 &hahog; 55 SiO2 (mol%) (x = 0, 7.5, 15, 25, 35) and (20-x) BaO &hahog; x MgO &hahog; 20 Al2O3 &hahog; 60 SiO2 (mol%) (x = 0, 10, 20), doped with 2 × 10^20 ions/cm^3 Er3+ were prepared and analyzed. Clear differences in the absorption spectra between glasses of different BaO/MgO ratios, i.e. different network modifier field strengths, and different network modifier oxide to Al2O3 ratios are found and discussed in detail. Glasses with high BaO concentrations and high network modifier oxide to Al2O3 ratios provide lower rare earth coordination numbers with oxygen in general but higher coordination probabilities with non-bridging oxygen, which results in notably increased splitting of the optical transitions of the doped rare earth ions and higher hypersensitivity / lower local site symmetry for the doped rare earth ions in the investigated compositions. Based on our results and results from other publications the local rare earth site symmetry in glasses can in general be correlated with the rare earth coordination number.

Peralkaline Sm3+-doped aluminosilicate glasses with different network modifier ions (Mg2+, Ca2+, Sr2+, Ba2+, Zn2+) were investigated to clarify the effect of glass composition and glass structure on the optical properties of the doped Sm3+ ions. For this purpose, the Sm3+ luminescence emission spectra were correlated with the molecular structure of the glasses derived by molecular dynamics (MD) simulations. The different network modifier ions have a clear and systematic effect on the peak area ratio of the Sm3+ emission peaks which correlates with the average rare earth site symmetry in the glasses. The highest site symmetry is found for the calcium aluminosilicate glass. Glasses with network modifier ions of lower and higher ionic radii show a notably lower average site symmetry. The symmetry could be correlated to the rare earth coordination number with oxygen atoms derived by MD simulations. A coordination number of 6 seems to offer the highest average site symmetry. Higher rare earth coordination probabilities with non-bridging oxygen result in an increased splitting of the emission peaks and a notable broadening of the peaks. The zinc containing glass seems to play a special role. The Zn2+ ions notably modify the glass structure and especially the rare earth coordination in comparison to the other network modifier ions in the other investigated glasses. The knowledge on how glass structure affects the optical properties of doped rare earth ions can be used to tailor the rare earth absorption and emission spectra for specific applications.

Structure and luminescence properties of glasses with compositions 50ZnO:40B2O3:10WO3:xEu2O3, 0 ≤ x ≤ 10 mol% were studied using infrared, Raman and photoluminescence spectroscopic techniques. Physical properties like density, molar volume, oxygen molar volume and oxygen packing density of the glasses were also determined. The overall results obtained indicate the efficiency of the 50ZnO:40B2O3:10WO3 glass structure for the luminescence performance of doped Eu3+. The most intense luminescence peak observed at 612 nm and the high integrated emission intensity ratio (R) of the 5D0&flech;7F2/5D0&flech;7F1 transitions at 612 and 590 nm of 5.77 suggest that the glasses are potential materials for red emission. The results are compared to measurements of a glass without WO3 addition (50ZnO:50B2O3:5Eu2O3) and results from other publications of similar glasses.

Im 21. Jahrhundert gehören optische Systeme zu den Schlüsseltechnologien und spielen eine entscheidende Rolle im technischen Fortschritt. Hochgenaue optische Linsen finden sich u. a. in Astrospiegeln, Lasergyroskopen oder Lithographie-Linsen und die Anforderungen an Stückzahl und Qualität steigen kontinuierlich. Einer der letzten Prozessschritte in der Fertigungskette von Glas Hochleistungsoptiken ist in der Regel die Politur. Von diesem Prozessschritt hängt maßgeblich die Bauteilqualität ab. Trotz langer Tradition und Verwendung in der Industrie herrscht immer noch kein umfassendes Prozessverständnis. Zwar sind empirische Parametersätze vorhanden, jedoch gibt es keine Erkenntnis, inwiefern sich eine Änderung einzelner Parameter auf den Materialabtrag auswirkt. Während zahlreiche Untersuchungen empirische Prozessmodelle betrachteten, blieb der Einsatz von datengetriebenen Poliermodellen bislang weitgehend unbeachtet. Ziel dieser Arbeit ist daher die Entwicklung eines datengetriebenen Poliermodells für die Robotergestützte-Politur von Optiken. Durch den Einsatz von Sensoren am Bearbeitungskopf werden alle relevanten Prozessparameter aufgezeichnet. Durch Datenanalyse können Anomalien und Muster im Prozess detektiert und darauf reagiert bzw. für weitere Analysen genutzt werden. Des Weiteren wird auf Grundlage der Daten ein maschinenlernendes Modell zur Vorhersage von Materialabtrag auf gekrümmten Flächen erstellt und validiert. Das vorliegende Machine learning Modell bildet den betrachteten Polierprozess ab und Einflüsse auf diesen werden durch den Sensoreinsatz abgebildet. Das Modell erreicht eine Vorhersagengenauigkeit des Abtrages von 99,22 % (R2-Wert), welches bei Prozessvorhersagen als sehr gut bewertet wird.

Mehr als eine Million Dentalimplantate werden pro Jahr in Deutschland inseriert. Ästhetik und Verträglichkeit sprechen für keramisches Material statt für den Standardwerkstoff Titan. Für diesen Einsatz, der in Hinblick auf Festigkeit, Biokompatibilität, Be- und Verarbeitbarkeit komplexe Ansprüche stellt, ist Zirkoniumdioxid (ZrO2), genauer Yttriumoxid stabilisiertes ZrO2 (Y-TZP), geeignet. Schwachpunkt ist jedoch die geringere Toleranz von Keramik gegenüber Oberflächendefekten, die sich festigkeitsmindernd auswirken. Die Oberflächenaufrauung ist für eine bessere Einheilung in den Knochen allerdings unabdingbar. Durch Oberflächenmodifizierung im dichtgesinterten Zustand kann die Festigkeit sowohl erhöht als auch erniedrigt werden, da Strukturumwandlungen im polymorphen Y-TZP in Abhängigkeit der Herstellungsparameter stattfinden. Das Ziel dieser Arbeit ist durch holistische Analyse des Herstellungsprozesses eines Y-TZP Implantates diesen zu optimieren. Die Bewertung erfolgt in den drei Eigenschaftskategorien: Physikochemie, Mechanik, Topographie und schließt mit einer zellbiologischen Prüfung ab. Die Physikochemie wird mit drei Hydrophilierungsmethoden verändert (UV, UV-Ozon, Plasma) und optimale Behandlungsparameter werden mittels Kontaktwinkelmessungen gefunden. Die Plasmabehandlung stellt die effektivste Methode dar. Zur Konservierung der Hydrophilie wird die Lagerung unter Luftabschluss in Isopropanol (zum Erhalt der Sterilität) untersucht. Die mechanischen Eigenschaften werden durch Aufrauung im Weißzustand negativ beeinflusst. Durch Material- und Prozessanpassung wird eine Erhöhung der Festigkeit (˜30 %) und der Alterungsbeständigkeit erreicht. Um der nach Aufrauung bestehenden Festigkeitsreduzierung entgegen zu wirken, wird ein Prozess zur Oberflächenverstärkung mittels Festigkeitsstrahlen (SP) für raue Oberflächen erarbeitet. Neben der Umwandlung von tetragonal zu monoklin werden weitere Strukturen in der Literatur kontrovers diskutiert. Daher werden umfassende diffraktometrische Analysen durchgeführt, um zukünftig die Festigkeitsbeeinflussungen klarer vorhersagen zu können. Nach SP lassen sich statisch und dynamisch eine um ˜30% erhöhte Festigkeit am rauen Produkt belegen, während die Makrotopographie der osseointegrativen Oberfläche erhalten bleibt. Die topographischen Eigenschaften werden durch Profilmessung bestimmt und durch 3D-Oberflächenaufnahmen zur Charakterisierung von Hybridparametern für die abrundende zellbiologische Untersuchung betrachtet. In vitro schneiden alle ZrO2 Serien vergleichbar zur sandgestrahlt und geätzten Titan-Referenzoberfläche ab.

Der Einsatz von Gläsern, insbesondere von ultradünnen Gläsern, wird in zahlreichen innovativen Anwendungen durch deren Sprödbruchverhalten eingeschränkt. In der vorliegenden Arbeit wird ein neues, fertigungstaugliches Kantenfestigkeitsmessverfahren für ultradünne Glasproben beschrieben, mit etablierten Festigkeitsprüfverfahren verglichen und als einsatztauglich befunden. Im weiteren Verlauf der Arbeit wird ein auf Kantenfestigkeit optimiertes Ritz- und Bruchverfahren für ultradünnes Glas durch die Konstruktion neuer Maschinenbauteile unter der Verwendung einer hohen Anzahl getesteter Proben sowie fortschrittlicher statistischer Methoden entwickelt. Zudem wird nachgewiesen, dass sich die aus dem Verfahren resultierende Festigkeit mittels eines linearen Modells vorhersagen lässt, wenn eine Schneidflüssigkeit verwendet wird. Anhand einer großen Menge getesteter Proben wird sodann belegt, dass die resultierende Festigkeit einer 3-Parameter-Weibull-Verteilung folgt und daher eine Festigkeitsschwelle aufweist, unterhalb derer die Bruchwahrscheinlichkeit ingenieurtechnisch vernachlässigbar gering ist. Dies ermöglicht es Produktdesignern innovative Produkte zu entwickeln, die auf einer zuverlässig hohen Festigkeit von ultradünnem Glas basieren und damit den Anwendungsbereich von Gläsern signifikant zu erweitern.

A systematic investigation of the luminescence properties of Dy3+ doped alkali-alkaline earth orthoborates of the stoichiometric composition XZBO3 with X = Li, Na, K and Z = Mg, Ca, Ba was conducted. XRD diffractograms show that the compounds LiMgBO3, LiCaBO3, LiBaBO3, NaMgBO3, NaCaBO3, NaBaBO3, and KMgBO3 could be produced in high purity. Relatively intense luminescence was observed only for the phases LiCaBO3, NaMgBO3, NaCaBO3 and NaBaBO3. Micro Raman investigations show that the Dy3+ luminesence mainly originates from the orthoborate phase in these samples. Photo-luminescence spectroscopy of LiCaBO3, NaCaBO3 and NaBaBO3 shows the typical Dy3+ emission with the prominent emission peak in the yellow spectral range around 575 nm. A second, but much less intense peak is observed at around 485 nm (cyan). The luminescence emission spectrum of Dy3+:NaMgBO3 is much different: here, the highest emission intensity is observed at about 485 nm. It is proposed that the Dy3+ ions occupy the Na positions in this crystal phase which has a much higher symmetry than the alkaline earth positions in the other examined crystal phases. This is supported by broadened and more split up peaks in the excitation and emission spectra of Dy3+:NaMgBO3 suggesting a much stronger local crystal field at the rare earth position in this compound. The results are additionally compared to spectroscopic data of different well known Dy3+ doped crystalline compounds and Dy3+ and Eu3+ doped alkali-alkaline earth orthoborates from other publications, which offer further insight into the relation between the crystallographic sites of the doped rare earth ions and their luminescence.

We provide a review of the latest research findings as well as the future potential of plasma-based etching technology for the fabrication of micro-optical components and systems. Reactive ion etching (RIE) in combination with lithographic patterning is a well-established technology in the field of micro- and nanofabrication. Nevertheless, practical implementation, especially for plasma-based patterning of complex optical materials such as alumino-silicate glasses or glass-ceramics, is still largely based on technological experience rather than established models. Such models require an in-depth understanding of the underlying chemical and physical processes within the plasma and at the glass-plasma/mask-plasma interfaces. We therefore present results that should pave the way for a better understanding of processes and thus for the extension of RIE processes toward innovative three-dimensional (3D) patterning as well as for the processing of chemically and structurally inhomogeneous silicate-based substrates. To this end, we present and discuss the results of a variety of microstructuring strategies for different application areas with a focus on micro-optics. We consider the requirements for refractive and diffractive micro-optical systems and highlight potentials for 3D dry chemical etching by selective tailoring of the material structure. The results thus provide first steps toward a knowledge-based approach to RIE processing of universal dielectric glass materials for optical microsystems, which also has a significant impact on other microscale applications.

Die Blitzlampentemperung (Flash Lamp Annealing - FLA) zählt zu den Kurzzeittemperverfahren (Rapid Thermal Annealing - RTA), da die Erwärmung und Abkühlung der Schicht im Bereich von Millisekunden liegen. Die mit Hilfe von Blitzlampen durchgeführte Temperung dient zur oberflächennahen Erwärmung von Festkörpern. Hierbei handelt es sich um einen thermischen Prozess, der Materialeigenschaften verändern kann. Durch die Blitzlampentemperung kann der Schichtwiderstand von transparenten leitfähigen Oxidschichten (Transparent Conductive Oxides - TCO) reduziert und die Transmission im sichtbaren Wellenlängenbereich erhöht werden. In der vorliegenden Forschungsarbeit wird das Prozessverhalten von dynamischen FLA-Prozessen bei Indium-Zinn-Oxid (ITO) Schichten experimentell dargelegt. Dazu wurde der Einfluss von verschiedenen Prozessparametern wie Energiedichte und Pulszeit des Xenonlichtblitzes erforscht. Erste Versuche zur Untersuchung des Einflusses der Blitzwiederholrate und der Geschwindigkeit des Substrates ließen sich erfolgreich durchführen. Die Herstellung aller Schichten erfolgte am Fraunhofer-Institut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik (FEP) in der In-Line Sputteranlage ILA 750. Für die Blitzlampentemperung wurde das Lampensystem Xenon Flash Lamp Modul FLA 2x360w der Firma ROVAK GmbH genutzt. Das Modul ist Bestandteil der Beschichtungsanlage ILA 900 am Fraunhofer FEP und erlaubt sowohl die statische als auch die dynamische FLA-Behandlung von Substraten bis zu einer Größe von 600 mm x 1200 mm. Die unterschiedlichen Einstellungen der Blitze ließen sich optisch vermessen. Für ITO-Schichten mit einer Schichtdicke von 150 nm konnte nach der FLA-Behandlung ein Widerstand von 14 [Ohm] erreicht werden. Für die Transmission im sichtbaren Wellenlängenbereich wurden 87 % erzielt. Diese Werte sind vergleichbar mit einer konventionellen Temperung von ITO-Schichten im Ofen. Erfolgreich ließ sich zeigen, dass der FLAProzess an eine bestehende In-Line Prozessanlage implementiert werden kann.

Understanding the atomic structure of glasses is critical for developing new generations of materials with important technical applications. In particular, the local environment of rare-earth ions and their distribution and clustering is of great relevance for applications of rare earth-containing glasses in photonic devices. In this work, the structure of Gd2O3 doped lithium and potassium aluminosilicate glasses is investigated as a function of their network modifier oxide (NMO-Li2O, K2O) to aluminum oxide ratio using molecular dynamics simulations. The applied simulation procedure yields a set of configurations, the so-called inherent structures, of the liquid state slightly above the glass transition temperature. The generation of a large set of inherent structures allows a statistical sampling of the medium-range order of the Gd3+ ions with less computational effort compared to other simulation methods. The resulting medium-range atomic structures of network former and modifier ions are in good agreement with experimental results and simulations of similar glasses. It was found that increasing NMO/Al ratio increases the network modifier coordination number with non-bridging oxygen sites and reduces the overall stability of the network structure. The fraction of non-bridging oxygen sites in the vicinity of Gd3+ ions increases considerably with decreasing field strength and increasing concentration of the network modifier ions. These correlations could be confirmed even if the simulation results of alkaline earth aluminosilicate glasses are added to the analysis. In addition, the structure predictions generally indicate a low driving force for the clustering of Gd3+. Here, network modifier ions of large ionic radii reduce the probability of Gd-O-Gd contacts.

Particles play an important role in the storage, transportation and natural weathering of glasses, but their influence on glass degradation is little studied. In this work, the influence of main sand components is investigated. Feldspar exhibits the strongest leaching rate for the network former Na, while quartz has the lowest. The leaching rate of natural sands is in between. Based on these findings, a model describing the leaching mechanism was developed: Hereby, hydroxyl groups adhering on sand grains adsorb network modifiers by substituting their hydrogen by network formers from the glass surface. The amount of available hydroxyl groups determines the leaching rate. This model is supported by loss on ignition performed for the sands, which might be a suitable method to roughly estimate their leaching rates. The adsorption of network modifiers suppresses carbonate formation, dendritic growth and Mg diffusion in the glass surface region. Pimple-like crystal growth is observed.

We report on the employment of a nano-porous Vycor-type glass as host for two luminescent substances of very different physical and chemical nature, which share the same porous space. Firstly, BTS:Tb^3+ glass-ceramic nano-powders were infiltrated in the porous structure and secondly Eu^3+ ions from a nitrate aqueous solution were included afterwards. Upon sintering, the porous silica matrix collapses, embedding both luminescent species. We focused on the micro and nano-structure of the sintered glasses. Upon sintering a europium silicate phase crystallizes as monocrystalline hexagonal nano-rods, which coexist with amorphous round particles below 100 nm enriched in Eu and Si. Both kinds of particles are embedded in a cristobalite matrix. The interesting microstructure is reported for the first time. The sintering heating rate influences the microstructure after the sintering. The microstructure was investigated by a last generation TEM microscope with aberration correction, EDXS and an exhaustive electron diffraction analysis. The inclusion of BTS:Tb^3+ is only limited, and thus, the its role in the optical properties of the final material is negligible. Luminescence upon UV excitation shows the characteristic emission peaks of Eu^3+. This work highlights the possibility of combining several luminescent materials inside a silica matrix.

In this work we present SiOx films deposited in cost-effective laboratory scale three-dimensional printed atmospheric pressure chemical vapor deposition setup. As SiOx films are deposited at room temperature without complex vacuum systems, they can be a good candidate for the use in commercial c-Si solar cell production lines. The quality of the deposited films was investigated as to their integrity, conformity with various surfaces, and post-treatment resilience such as stability against etchants and annealing. Several applications of the SiOx film prepared with the atmospheric pressure chemical vapor deposition (APCVD) were discussed. In one application, the APCVD SiOx was utilized to effectively promote single-side texturing of Float Zone and Czochralski Si wafers by coating only one side with SiOx and subsequently annealing prior to texturing in an alkaline aqueous solution. Another application was to exploit the APCVD SiOx as a plating mask for silicon heterojunction solar cells. Two processing options prior to the oxide-film deposition were investigated: i) application of an Ag seed-layer, which promotes subsequent electroplating, and ii) printing of an organic grid, which, after stripping, creates openings in the SiOx that facilitate electroplating of the solar cell's electrode on the underlying transparent conducting oxide. In a different application, the APCVD SiOx films acted as protection against parasitic plating on the front side of passivated emitter and rear solar cells. The deposited films were characterized by ellipsometry, hemispherical reflectance measurements, scanning electron microscopy, energy dispersive X-ray spectroscopy and optical microscopy.

In dieser Arbeit wurde die Erzeugung von definiert porösen Siliciumoxidschichten unter Anwendung der Flammenpyrolyse sowie eine Funktionalisierung der porösen Matrix durch nachträgliches Beschichten mit Manganoxid bzw. gleichzeitige Abscheidung mit Gold untersucht. Um die Porosität und die funktionale Wirkung abschätzen zu können, wurden spektroskopische und mikroskopische Analysen durchgeführt. Untersuchungen der Morphologie zeigten eindeutig nicht kristalline offenporige Strukturen auf. Auf Grund der geringen Schichtdicken stellte die Bestimmung der Porosität eine besondere Herausforderung dar. Mit Hilfe der Gravimetrie, SE und RBS wurden für die Porosität der applizierten Schichten Werte ermittelt, die für den Großteil der Proben gut übereinstimmten. Die Schichtdicken lagen in einem Bereich von 18 - 165 nm und die ermittelten Porositätswerte umfassten einen Bereich von 21 - 93 %. Es wurden die bei den einzelnen Messmethoden auftretenden Unsicherheiten bei der Bestimmung der Porosität diskutiert. Die größte Messungenauigkeit lieferte adsorbiertes Wasser. Mit Hilfe von TEM und ellipsometrischer Porosimetrie konnten Makro- und Mikroporen ausgeschlossen werden. Mesoporen waren in geringer Anzahl mit Porenradien von 4 - 5, 7,5 und 10 -15 nm nachweisbar. Die statistische Versuchsplanung zeigte, dass die Haupteinflussparameter auf die Schichtporosität der Brenner-Substrat-Abstand und die Durchlaufanzahl sind. RMD- und MD-Simulationen lieferten einen wesentlichen Beitrag zum Verständnis von der Bildung chemischer Bindungen und der Netzwerkentstehung sowie dem Schichtwachstumsprozess. Die nachträglich abgeschiedenen Manganoxide wiesen in Abhängigkeit von den Prozessparametern (Brenner-Substrat-Abstand und Anteil an Sauerstoff in der Flamme; auf Silizium-Wafer) unterschiedliche Mangan/Sauerstoffverhältnisse auf. Insbesondere bei geringen Durchlaufanzahlen, geringem Brenner-Substrat-Abstand und wenig Sauerstoff in der Flamme konnten große Mn/O-Verhältnisse appliziert werden. Ein Einsatz der Manganoxidschichten als antibakterielle Schicht (Silicium-Wafer), als Elektrodenmaterial (ITO-Glas) und für transmissionserhöhende Schichten (Floatglas) wurde untersucht. Auf Grund von zu wenig haftfestem Material konnte ein Einsatz als antibakterielle Beschichtung und als Elektrodenmaterial ausgeschlossen werden. Eine Kombination aus SiO2-x- und MnOx-Schicht zeigte eine Erhöhung der Transmission über einen großen Wellenlängenbereich (VIS). Die gleichzeitig abgeschiedenen Dünnfilme zur Erzeugung von Gold-dotierten Siliciumoxidschichten besaßen eine zur Literatur vergleichbare katalytische Wirkung (beim Abbau von 4-Nitrophenol zu 4-Aminophenol).

Die Lorentzkraftanometrie (LKA) ist eine Technik zur Messung der Geschwindigkeit von elektrisch leitfähigen Flüssigkeiten. Sie ist eine nicht-invasive Messtechnik, die besonders vorteilhaft für heiße, opake und aggressive Elektrolyte ist. Die LKA wurde für Salzwasser als Modellelektrolyt erfolgreich mit Dauermagnetanordnungen (DM) ohne magnetischen Rückschluss, aber mit gezielter Flussführung (Halbach-Array) und hochpräzisen Kraftmesssytemen (KMS) auf Basis der interferometrischen Messung der Auslenkung des Magnetsystems und der elektromagnetischen Kompensation der Auslenkung demonstriert. Um die LKA für schwach leitfähige Elektrolyte zu erweitern, ist eine Magnetfelderzeugung von > 1 T erforderlich. Ein Hochtemperatursupraleiter-Bulk (Bulk-HTS) kann ein Magnetfeld von mehreren Tesla erzeugen und somit die LKA-Leistung deutlich verbessern und die bisher genutzten DM ersetzen. Diese Arbeit zielt deshalb darauf ab, Bulk-HTS's in der LKA unter Berücksichtigung der kritischen Verbindungen zwischen der Funktionalität von Bulk-HTS's und dem KMS einzusetzen und ein LKA-System mit Bulk-HTS's zu entwerfen, herzustellen und zu testen. Die Ergebnisse wurden für die Entwicklung eines neuartigen LKA-System auf Basis eines Bulk-HTS als Magnetfeldquelle und einer Torsionswaage als Kraftmesssystem genutzt. Dieses System - Superconducting High-precision Lorentz Force Measurement System (Super-LOFOS) - wurde dann erfolgreich aufgebaut und getestet. Bei Kühlung mit flüssigem Stickstoff bzw. Helium werden auf der Stirnfläche des Super-LOFOS magnetische Flußdichten von B_T = 100 mT bzw. B_T = 1,2 T erzeugt. Damit erweitert die vorliegende Arbeit die Einsetzbarkeit der LKA für gering elektrisch leitende und langsam strömende Fluide auf ([sigma] &hahog; u) = 1-10) S s^-1, sowie macht hochpräzise Kraftmessungen bis 1 nN unter kryogenen Bedingungen möglich. Darüber hinaus stellt das entwickelte Messsystem Super-LOFOS einen tragbaren Magnetfeldgenerator dar, der für NMR- und MRT-Technologien, Drug Targeting, und magnetische Trennungsverfahren einsetzbar ist.

The application of EEDSC - electroerosion dispersion, sorption and coagulation (using in situ dispersion in plasma of aluminium or iron) - allowed efficient water purification from heavy metal ions and radioactive alkali ions (of Fe, Cr, Cu, Mo, Zn, Co, Ni, Cd, Mn, As, Sn, Pb, Al, Ba, Co, Cs and Sr) as well as from organic contamination. Intensive ozonization should be applied because of intensive foam formation as a result of complex electrohydrodynamic effects during removal of the "heavy" organic contaminants (such as from liquid waste from landfills) during EEDSC. The method of electroerosion dispersion is very effective for the production of nano and submicron powders (5 nm-3 [my]m) of metals, oxides, nitrides and carbides as well as for recycling of any conductive materials such as cemented carbides, alloys of heavy metals, metallic waste products etc. The iron oxide polyvalent magnetic nanoparticles produced by electroerosion dispersion attract considerable interest in many fields of research and application. They have high potential for applications in the field of biomedical sciences (diagnostics and therapy), ferrofluids, catalysis, coloured pigments, high-density magnetic recording, printer toners, Li-ion batteries, wastewater treatment and absorption of electromagnetic waves.

Das Verfahren der Lorentzkraftanemometrie ermöglicht eine kontaktlose Strömungsmessung von Flüssigkeiten mit geringer Leitfähigkeit und Geschwindigkeit. Aufgrund des elektromagnetischen Messprinzips ist die Messung an heißen, aggressiven oder opaken Fluiden möglich. Die Auflösung des Verfahrens lässt sich durch stärkere Magnetfeldquellen erhöhen. Diese Arbeit untersucht und bewertet das Potential von Supraleitern, welche eine höhere Energiedichte als die bisher verwendeten Permanentmagnete besitzen, für eine Verwendung als Magnetfeldquelle in der Lorentzkraftanemometrie. Dafür wird ein geeignetes Material recherchiert und ein notwendiges Kühlkonzept entwickelt. Für die ausführliche Untersuchung der physikalischen Eigenschaften der Supraleiter wurde der Hochtempertursupraleiter YBCO als Bulkmaterial identifiziert und eine Kühlinfrastruktur aufgebaut, welche Magnetisierungen von 5 T und Temperaturen von 20 K durch Flüssighelium erreicht. In den Supraleitern wurden reproduzierbar Magnetfelder eingefroren und Feldmessungen in Abhängigkeit von Temperatur, Durchmesser sowie Abstand bei einer paarweisen Anordnung durchgeführt. Der negative Effekt des Flusskriechens reduzierte sich durch Temperaturreduzierung nach dem Magnetisieren. Mit der gemessenen Flussdichteverteilung der Proben konnte ein numerisches Simulationsmodell entwickelt werden, welches zur Berechnung der zu erwartenden Lorentzkräfte verwendet werden kann. Eine erste Lorentzkraftmessung mit einem einfachen supraleitenden Magnetsystem an einem Kupferzylinder wurde erfolgreich durchgeführt und bestätigt das erarbeitete Modell. Mit dem Modell wurden Optimierungen für die Supraleiteranordnung berechnet und ergeben eine in Strömungsrichtung linear angeordnete Kette von Supraleiterpaaren. Dabei sollte der Abstand der Paare zueinander mindestens ihrem Durchmesser entsprechen. Des Weiteren wird gezeigt, dass für die durch die Magnetisierungsvorrichtung vorgegebenen Systemausdehnungen maximal drei Supraleiterpaare verwendet werden sollten. Größere Anzahlen resultieren in geringeren Lorentzkräften. Die Verwendung von Flüssigstickstoff bei 77 K als Kühlmittel reicht nicht aus um mit den verwendeten Supraleitern höhere Kräfte als das bisherige Permanentmagnetsystem zu erreichen. Erst eine Kühlung unter 50 K mit Flüssighelium oder Kryokühlern erzielt eine vier- bis 22-fache Erhöhungen der Lorentzkraft.

The application of EEDSC - electroerosion dispersion, sorption and coagulation (using in situ dispersion in plasma of aluminium or iron) - allowed efficient water purification from heavy metal ions and radioactive alkali ions (of Fe, Cr, Cu, Mo, Zn, Co, Ni, Cd, Mn, As, Sn, Pb, Al, Ba, Co, Cs and Sr) as well as from organic contamination. Intensive ozonization should be applied because of intensive foam formation as a result of complex electrohydrodynamic effects during removal of the "heavy" organic contaminants (such as from liquid waste from landfills) during EEDSC. The method of electroerosion dispersion is very effective for the production of nano and submicron powders (5 nm-3 [my]m) of metals, oxides, nitrides and carbides as well as for recycling of any conductive materials such as cemented carbides, alloys of heavy metals, metallic waste products etc. The iron oxide polyvalent magnetic nanoparticles produced by electroerosion dispersion attract considerable interest in many fields of research and application. They have high potential for applications in the field of biomedical sciences (diagnostics and therapy), ferrofluids, catalysis, coloured pigments, high-density magnetic recording, printer toners, Li-ion batteries, wastewater treatment and absorption of electromagnetic waves.

Bariumhexaferrit (BaFe12O19) hat aufgrund seiner großen uniaxialen magnetokristallinen Anisotropie, des hohen spezifischen Widerstands und der Permeabilität bei hohen Frequenzen viel Aufmerksamkeit für Anwendungen im Mikrowellenbereich erregt. Es kann zum Beispiel als Absorber für elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) Anwendungen eingesetzt werden. Die chemische Substitution von Eisen durch Titan im Bariumhexaferrit zeigt, dass die magnetischen Eigenschaften stark beeinflussbar und die Mikrowelleneigenschaften verbesserbar sind. In der vorliegenden Arbeit werden für Mikrowellenanwendungen Titan-substituierte hexagonale M-Typ Ferrite in einer schnellgekühlten Glasschmelze der Grundzusammensetzung (Mol-%): 40 + 33 B2O3 BaO + (27-x) Fe2O3 + x TiO2. mit der Glaskristallisationstechnik bei Variation der Schmelzsubstitution und der Kristallisationsparameter hergestellt. Dabei wird insbesondere der Einfluss der Schmelzsubstitution und der Temperbedingungen auf die magnetischen Eigenschaften, die Wertigkeit der Eisen-Ionen im Glas und in den Pulvern, die Phasenbildung im Glas und die Mikrowellenabsorption der Pulver untersucht. Thermokinetische Analysen sind die Basis, die Phasentransformationen durch die Analyse der kinetischen Parameter zu verstehen und die Gitterplatzbesetzung und den Fe2+ -Gehalt in der ferrimagnetischen Phase zu kontrollieren, um somit die Mikrowellenabsorption von Ti-substituierten Bariumhexaferritpulvern zu optimieren. Dabei wurde der Einfluss von Temperatur und Heizrate untersucht. Für die Kristallisation von Bariumhexaferrit in der glasigen Matrix von x= 0, 1,8, 3,6, 4,2 und 6,4 Mol %-TiO2, die mittels dem ASTM E698-Verfahren bestimmt wurde, ist eine Gesamtaktivierungsenergie von 311,74 ± 3 kJ mol-1 erforderlich. Die Phasenumwandlung während der Kristallisation wurde nicht von der Ti-Substitution beeinflusst. Die Substitution der Fe3+- durch Ti4+-Ionen verändert die magnetokristalline Anisotropie des Bariumhexaferrites. Dieser Effekt wurde durch Messung der statischen magnetischen Eigenschaften (JHC und MS) an den synthetisierten Pulvern mit einem Probenvibrationsmagnetometer untersucht. Weiterhin wurde mittels Mößbauer Spektroskopie festgestellt, dass die Ti4+ Ionen bevorzugt die 2a und geringfügig auch die 2b Zwischengitterplätze besetzen. Für höhere Schmelzsubstitutionen x = 5,4 Mol %-TiO2 werden auch die 4f1 und 4f2- Plätze besetzt. Außerdem wurde mittels Röntgendiffraktometrie nachgewiesen, dass sich bei diesen hohen Schmelzsubstitutionen x = 4.6 Mol-% TiO2 neben der ferrimagnetischen (BaFe3+xFe2+12-2xTi4+xO19) auch eine dielektrische Phase ausbildet, welche BaTi6O13 entspricht. Die kontrollierte Beeinflussung der Gitterplatzbesetzung durch Ti4+-Ionen und des Fe2+-Gehaltes in der ferrimagnetischen Phase sowie die Einstellung des dielektrischen Phasenanteils während der Temperung sind Möglichkeiten zur Optimierung der Mikrowellenabsorption von mit der Glaskristallisationstechnik hergestellten Ti-substituierten Bariumhexaferrite Pulvern.

Design of the Lorentz Force Flow-meter (LFF-meter) for weakly-conducting and slow-flowing fluids, e.g., glass melts, place stringent requirements on the magnetic field generation and force measurements. In the scope of the Research Training Group "Lorentz Force Velocimetry (LFV) and Lorentz Force Eddy Current Testing", a LFF-meter considers: first - a magnetic field source, where NdFeB permanents magnet system is replaced with a bulk high-temperature superconductors (HTS), which promise higher flux densities (> 1 T) and thus higher output force resolution; second - a high-precision force measurements, where electromagnetic force compensation weighing balance (EMFC) setup is replaced with torsion balance based system (TFMS), which claims an increase of the force resolution up to 1 nN. Furthermore, in order to raise the issue of the limiting total mass (which is always an issue for high-precision force measurements), the bulk HTS and TFMS are merged within the cryostat. This work discusses LFV experiments, calculations and numerical simulations, where a magnetic field is generated by the bulk HTS.

Magnetic nanoparticles (MNP) have attracted considerable interest in many fields of research and applied science due to their impressive properties. In the past, especially biomedical problems have promoted the development of MNPs. For technical applications e.g. wastewater treatment and absorption of electromagnetic waves, the existing synthesis approaches are too expensive and/or the producible quantities are too low. In this work we present a method for simple preparation of size-controlled magnetic iron oxide nanoparticles by electroerosion dispersion (EED) of carbon steel in water. We describe the synthesis method, the laboratory installation and discuss the structural, chemical and electromagnetic properties of the synthetized EED powders as well as their applicability for microwave absorption compared to other available ferrite powders.

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Untersuchung der Strukturbildung auf Ethylentetrafluorethylen-Folie (ETFE) in einem Plasmaätzprozess. Als Plasmaquelle wird ein Doppel-Magnetron-System mit gepulster Gleichspannung genutzt. In einer reinen Sauerstoffatmosphäre bilden sich negative Sauerstoffionen, die im Kathodenfall zum Substrat beschleunigt werden und mit diesem interagieren. Durch die Wechselwirkung mit der ETFE-Folie wird deren Oberfläche nanostrukturiert. Zunächst wird durch Variation der Energiedosis der Einfluss der Prozessparameter auf die Strukturbildung untersucht. Die Nanostrukturen werden hinsichtlich ihrer reflexionsmindernden und damit transmissionserhöhenden Wirkung sowie ihrer Strukturgrößen, -formen und -tiefen analysiert. Mit steigender Energiedosis zeigt sich ein Anstieg der Strukturtiefe. Damit verbunden steigt die Transmission bis zu einem Maximum an und fällt bei weiterer Steigerung der Energiedosis wieder ab. Der Zusammenhang zwischen der Energiedosis, der Transmissionsänderung und den Strukturdimensionen wird dargestellt und diskutiert. Die zur Analyse der Nanostrukturen genutzten Charakterisierungsmethoden werden miteinander verglichen und auf ihre Anwendbarkeit zur Beschreibung nanostrukturierter ETFE-Folie untersucht und bewertet. Weiterhin wird der Einfluss der kristallinen Bereiche auf die Strukturbildung untersucht. Dafür wird die teilkristalline ETFE-Folie monoaxial verstreckt. Die Kristalllamellen richten sich im ETFE aus. Im Plasmaätzprozess bilden sich auf den gereckten ETFE-Folien Nanostrukturen aus, die sich von denen auf ungerecktem ETFE unterscheiden. Die Dimensionen der Nanostrukturen werden in Bezug zu den Dimensionen der kristallinen Bereiche betrachtet und der Zusammenhang zwischen Strukturbildung und den kristallinen Bereichen des ETFE untersucht und diskutiert. Abschließend werden Möglichkeiten zur weiteren Erhöhung der Transmission dargestellt. Die im Rahmen der Arbeit gewonnenen Erkenntnisse zur Abhängigkeit der Strukturbildung von den Plasmaparametern werden auf das Polymer Polyethylenterephthalat (PET) übertragen. Außerdem wird die Stabilität des nanostrukturierten ETFE gegenüber Witterungseinflüssen gezeigt und damit das Potenzial nanostrukturierten ETFE-Folie für Außenanwendungen wie der Verkapselung von Solarzellen dargestellt.

The paper presents a novel electromechanical principle for wet and dry milling of different materials, in which the milling beads are moved under a time- and local-variable magnetic field. A possibility to optimize the milling process in such a milling machine by simulation of the vector gradient distribution of the electromagnetic field in the process room is presented. The mathematical model and simulation methods based on standard software packages are worked out. The results of numerical simulations and experimental measurements of the electromagnetic field in the working chamber of a developed and manufactured laboratory plant correlate well with each other. Using the obtained operating parameters, dry milling experiments with crushed cement clinker and wet milling experiments of organic agents in the laboratory plant are performed and the results are discussed here.

Die elektromechanische Zerkleinerung (EMZ) hat aufgrund der Nutzung von hartmagnetischen Mahlkörpern und deren intensive Bewegung mit sich ändernden Magnetfeldern große Potenziale, nicht nur hohe Produktfeinheiten zu erzielen, sondern vor allem den Energiebedarf bei der Zerkleinerung signifikant zu senken. Zur Evaluierung dieser Potenziale wurden die Magnetfeldverteilung im Prozessraum simuliert, die Mahlkörperbewegung experimentell analysiert sowie Zerkleinerungsexperimente mit verschiedenen Materialien durchgeführt. Aus den Ergebnissen wurden Abhängigkeiten zur Auslegung von EMZ-Anlagen abgeleitet. (Electromechanical milling (EMZ) is the process of using intensively moving hard magnetic milling beads together with time variable and location variable magnetic fields. EMZ is an excellent milling method to use when extremely fine materials are required. An added benefit of EMZ is that energy consumption is significantly decreased. To evaluate the effectiveness of EMZ, we simulated the most effective magnet field distribution, we analyzed the milling bead movement, and we performed experiments with various materials. In this work, we discuss the results of our findings.)

An experimental demonstration of the Lorentz force velocimetry (LFV) technique using high-temperature superconducting (HTS) bulk magnet system (MS), acting as trapped field magnets, is reported. Besides the experimental results on the Lorentz force, FL, induced by a vertically aligned cylindrical moving metal rod through the oppositely arranged HTS-MS, the HTS-MS design as well as activation procedure, including refrigeration and magnetization, along with further suggestions for improvements are discussed.

Continuous glass melting tanks represent thermo-chemical reactors with very complex flow patterns. Controlling the flow patterns within the glass melting tanks with the aim of improving their performance is one of the glass industrys primary challenges. In the present work, numerical simulations are carried out on the electromagnetic flow control to investigate how well the flow can be controlled by externally generated electromagnetic Lorentz forces. The electromagnetic flow control is called "electromagnetic boosting" and can be realized by exposing the glass bath to an external magnetic field generating Lorentz forces on the glass melt as an additional flow component. The computational results show that electromagnetic boosting is an excellent way of improving the residence time distribution in glass melting tanks, ultimately resulting in better glass quality and increased production efficiency.

Die Arbeit behandelt die erstmalige Ergänzung des Herstellungsprozesses von Glasdurchführungen durch den Einsatz eines generativen Verfahrens zur Fertigung von Rohlingen für Sinterglaskörper sowie die Anpassung der vor- und nachgelagerten Prozessschritte an die dadurch veränderten Bedingungen. Damit sollte der herkömmliche Prozessschritt "Pressen" hinsichtlich Kosten- und Zeiteinsparung im Rahmen von Kleinserien ersetzt werden. Bei dem ausgewählten generativen Verfahren handelte es sich um den 3D - Pulverbettdruck. Der 3D - Druck von Glaspulver für technische Anwendungen war ein Novum, so dass Erfahrungswerte aus dem Bereich der Keramik den Einstieg in die Problematik und deren Weiterentwicklung für Glas ermöglichten. Die Herausforderung bestand darin, trotz der Unterschiedlichkeit der beiden Formgebungsverfahren Pressen und 3D - Pulverbettdruck vergleichbare Eigenschaften der Rohlinge für Sinterglaskörper zu erhalten. Der beim Pressen verwendete Druck für die Formgebung ist beim 3D - Pulverbettdruck nicht vorhanden. Die erforderliche Dichte und Porosität muss über eine geeignete Korngrößenverteilung der Ausgangsmaterialien erreicht werden Glaspulver mit Korngrößenverteilungen ab < 165 [my]m mit 20 % bis 30 % Feinanteilen (2 - 3 [my]m) hatten die günstigste Anordnungsmöglichkeit der Pulverbestandteile. Mit dem entwickelten Temperaturprogramm für den Entbinder- und Sinterprozess wurde durch Modellierung und Optimierung die vollständige Zersetzung der Binderbestandteile sichergestellt. Die Porositäten der durch 3D - Pulverbettdruck hergestellten Sinterglaskörper im Vergleich zu denen aus dem herkömmlichen Presseverfahren betrugen 25 % - 40 % zu 22 % und die Dichten 1,7 g/cm^3 zu 2 g/cm^3. Im Hinblick auf spätere Einschmelzungen konnten die Differenzen durch Anpassung der Abmessungen der Rohlinge ausgeglichen werden. Beide Herstellungsverfahren haben Formtoleranzen von 1 bis 2 %. Die durch 3D - Pulverbettdruck hergestellten Sinterglaskörper erfüllen die erforderlichen Qualitätsparameter bei der Verwendung für Glasdurchführungen und entsprechen dem Stand der Technik nach dem Einschmelzen. Ausgehend von diesen Ergebnissen konnte eine stabile Prozesskette für die Fertigung von Glasdurchführungen mit generativ gefertigten Rohlingen für Sinterglaskörper abgeleitet werden.

In former own publications it was shown, that high precision concrete parts are a reliable alternative to natural stone for machine base frames. Beside long term stability also a predictable and highly reproducible thermal behaviour is required. The use of low expansion materials is not appropriate for a whole machine structure since these materials are coming with several drawbacks in the mechanical behaviour in combination with high costs. Thermal compensation by special design also raises cost and complexity. The application of materials with identical thermal expansion coefficients in combination with appropriate mechanical properties can solve this problem at significantly reduced costs. Concrete is a promising material for the whole machine structure under these circumstances. In contrast to base frames moving parts need to have a lightweight design thus requiring a high level of specific stiffness. Concrete with a specific stiffness close to steel is an interesting material for the design of movable components coming up with dynamic properties comparable to welded steel structures. Additionally a high material strength is needed in lightweight design. Concrete shows high compressional strength but is sensitive to tensile stress that cannot be fully eliminated. Therefore notch effects and stress concentrations need to be avoided. Reinforcement by implementation of steel or carbon fibres is not applicable since they come with thermal inhomogeneity. An alternative reinforcement can also be done by organofunctional sol-gel silane coating.

Der Ansatz, zwei Schichten bestehend aus einer Saatschicht und einer Galvanikschicht zur Kontaktierung von Solarzellen zu verwenden ist ein etabliertes Konzept in der Photovoltaikforschung. Die Kombination aus gedruckter und gefeuerter Saatschicht zur optimierten Kontaktbildung der Tinte mit dem Zellemitter und dem anschließenden galvanischen Abscheiden von hochleitfähigen Metallen auf dieser Saatschicht, ermöglicht eine Verbesserung der Solarzellenleistung und Reduzierung des eingesetzten teuren Silbers. Hierfür ist eine schmale Saatschicht erwünscht. Der Aerosoldruck ist eine vielversprechende Technologie, um solch eine Saatschicht herzustellen. In dieser Arbeit wurde die Aerosoldrucktechnik gründlich untersucht und verbessert. Eine effiziente und zuverlässige Abscheidung schmaler und gleichmäßiger Saatschichten ist ermöglicht. Mit Düsendurchmessern von 150 [my]m wurden auf Wafern mit Pyramidenoberflächen Linienbreiten von nur 18 [my]m erzeugt. Um diese Drucktechnologie zu beschreiben wurde ein Modell entworfen. Mit diesem Modell kann die Breite der gedruckten Saatschicht vorhergesagt und der Einfluss von Prozessparametern und Druckdüsen unterschiedlicher Größe erklärt werden. Das Auftreffen des Aerosols auf dem Substrat und die Qualität und Breite der gedruckten Linien wurden numerisch und empirisch untersucht. Mit numerischen Strömungssimulationen der Gas- und Partikelströmung wurden neue Aerosoldruckköpfe entwickelt. Um einen schnellen und zuverlässigen Druck der Saatschicht zu erlauben, wurde eine fortschrittliche Strömungsführung integriert. Ein Aerosoldruckkopf mit 78 Düsen, geeignet zur Massenproduktion von Solarzellen, wurde hergestellt und getestet. Auf einem 15.6 x 15.6 cm^2 großen Wafer wurde die Saatschicht in nur 3.9 s gedruckt. Eine Linienbreite von L = 38 ± 5 [my]m wurde erzielt. Das Benetzen der Tinte auf Solarwaferoberflächen ist verknüpft mit den Prozessbedingungen und der Topographie der Wafer. Die abgeschiedenen Saatschichten wurden für einen niedrigen elektrischen Kontaktwiderstand zum Emitter optimiert. Dünne Saatschichten schnitten hierbei am besten ab und sind zugleich am kostengünstigsten. Die Menge an gedrucktem Silber zum Kontaktieren industrieller Siliciumsolarzellen beträgt nur weniger als 9 mg pro 15.6 x 15.6 cm^2 Wafer. Niedrig dotierte Bor- und Phosphoremitter der nächsten Generation sowie neu entwickelte Solarzellendesigns wurden erfolgreich mit dem Aerosoldruckverfahren kontaktiert. Wirkungsgrade von [eta] > 20 % wurden auf industrienahen Solarzellen erreicht. In dieser Arbeit wurde das Aerosoldruckverfahren verbessert, um den Druck von Saatschichten auch im industriellen Maßstab zu ermöglichen. Mit dieser Technologie ist es nun möglich Solarzellen der nächsten Generation zu kontaktieren.

In the production of coloring glasses molten white glass which flows out of the glass tank is colored in the melt zone of the forehearth by means of color concentrates (frits). It was observed that such frits tend to sink, degrading the glass coloring because the stirring battery needs a certain frits level to do a good homogenization, and contaminating the glass when they sediment. A suitable Lorentz force density distribution against the glass flow generated in the melt zone of the forehearth can be used to prevent the sinking process by a push-up effect and therefore to improve the input flow conditions of the stirring battery. On the basis of a verified numerical model which included the boundary conditions, process parameter and temperature depending material properties a suitable arrangement of electrodes, located in the molten glass, and coils, located in the insulation material of the forehearth are created and the effects of the generated Lorentz forces distribution on the temperature and velocity distribution are computed and discussed.

We study the effects of electrically conducting walls on the interaction between a permanent magnet and a liquid-metal flow in a cylindrical pipe using experiments and numerical simulation. The problem is motivated by Lorentz force velocimetry, where the drag force on the magnet due to the induced eddy currents in the flow is used for flow measurement. Compared with insulating walls, the conducting walls lead to an increased drag force on the magnet. Except for low distances, the experimental results are satisfactorily reproduced in simulations using two different approximations of the magnetic field distribution.

In the production of coloring glasses, molten glass which flows out of the glass tank is colored in the melt zone of the forehearth (cf. Fig. 1) by means of color concentrates (frits). These frits are added to the molten glass through feed tubes, melting and diffusing progressively. This diffusion is not enough to homogenize the color, therefore a battery of stirrers (cf. Fig. 1b, No. 7) are located at the end of the melt zone. It was observed that the frits tend to sink, degrading the glass coloring because the stirring battery needs a certain frit levels to do a good homogenization, and contaminating the lower part of the molten glass when they sediment. A suitable Lorentz force distribution generated in the molten glass and against its flow direction is used to prevent the sinking process with a push up effect and thus to improve the input flow conditions of the stirring battery. The investigations show that on the basis of a verified numerical 3D model which included the boundary conditions, process parameters and temperature depending material properties, it is possible to obtain a sufficiently accurate temperature distribution within the errors of ± 5 K on the forehearth surface as well as inside the molten glass. Only the calculated temperatures in the side of the outlet are in the range of ± 10 K due to the simplification that the molten glass is gray and opaque with its optical properties independent of the temperature. In order to cover the large width of the O-I forehearth, it was determined an arrangement of three electrodes and two coils to obtain enough push up effect over the total cross section.

Die moderne Telekommunikation nutzt vermehrt drahtlose Techniken, um Menschen, aber auch Geräte miteinander zu vernetzen. Einsatzgebiete sind hierbei vor allem Wifi und Mobilfunk. Da eine immer größere Anzahl an Geräten auf drahtlosem Weg miteinander verbunden ist, treten auch häufiger gegenseitige Beeinflussungen auf. Jeder Sender hochfrequenter Strahlung stellt dabei auch einen Störstrahler dar, der die Funktionsfähigkeit anderer Geräte negativ beeinflussen kann. Auch der Einfluss auf Mensch und Umwelt ist, wenn auch bislang nicht unumstritten nachgewiesen, kritisch zu betrachten. Der Schutz vor negativen Auswirkungen der hochfrequenten Strahlung kann zum einen auf Seiten der Entwickler/ Designer der Geräte erfolgen, um das Auftreten der störenden Strahlungen von vornherein zu verringern oder zu verhindern. Um jedoch einerseits die Immissionen hochfrequenter elektromagnetischer Felder einzugrenzen und andererseits einen störfesten Betrieb der Elektronik und dazugehöriger elektrischer Systeme zu gewährleisten, sind trotz der eingehaltenen Grenzwerte für maximale Leistungsdichten von Strahlungsquellen abschirmende Materialien erforderlich. Diese lassen sich vereinfacht in zwei Gruppen teilen: zum einen elektrisch leitfähige Materialien, welche die einfallende Welle durch Reflexion vom zu schützenden Bauteil weglenken und zum anderen absorbierende Materialien, welche die einfallende Welle in für Mensch und Technik unschädliche Energieformen (i.d.R. Wärme) umwandeln. Der Großteil der im Moment erhältlichen Lösungen beruht dabei auf dem Einsatz leitfähiger Materialien. Diese lenken die Strahlung zwar vom Bauteil weg, gleichzeitig wird damit das Bauteil selbst aber zur potentiellen Störquelle für andere Bauteile. Das Nutzen absorbierender Schirmmaterialien kann diese Probleme lösen. In diesem Kooperationsprojekt (KF 2184726 CK2) wird untersucht, inwieweit sich eisenoxidhaltige Abfallstoffe zur Absorption hochfrequenter elektromagnetische Felder eignen und in Putze einbinden lassen, um damit dann ganze Räume oder Gebäude auszukleiden. Dazu wurden aus einer Vielzahl potentieller Materialien Elektroofenschlacken (EOS) und Eisenoxide (M400) aus der Stahlindustrie ausgewählt. Diese enthalten neben anderen Phasen auch Anteile an ferrimagnetischen Phasen mit geringer magnetischer Anisotropie (eisenhaltige Spinelle, (MeIIO)Fe2O3) bzw. Phasen, die sich durch eine thermische Behandlung in solche Spinelle umwandeln lassen. Im Verlauf des Projektes wurden Bedingungen ermittelt, die bei einer thermischen Behandlung zu einer Erhöhung der absorbierenden Phasenanteile führen.

Lorentz force velocimetry (LFV) is a noncontact electromagnetic flow measurement technique that is currently successfully applied for velocity measurements in liquid metals both in laboratory experiments and industry. However, up to now the application of LFV was restricted to conducting fluids with electrical conductivities of the order of 106 S/m such as are encountered in liquid metals. Here we demonstrate that LFV can be successfully extended to poorly conducting fluids (electrolytes) by using high-resolution force measurements.

This paper illustrates an overview of current research activities in the working group "Electromagnetic Processing of Materials" of the department Inorganic-Nonmetallic Materials. These are "Electromagnetic module to flow impact in special melting plants for the production of high-tech glasses", "Numerical study of EM controlled flow in crystallizers of inorganic materials", "Design, test and optimization of sophisticated magnet systems for Lorentz force velocimetry in electrially low conducting fluids", "Magnetic ion manipulation in glass melts with Kelvin force", "Electromechanical dry fine milling of raw materials" and "Synthesis, characterization and application of Titatium doped hexaferrites". The primary results are presented here.

A series of M-type barium hexaferrite has been synthesized in a glass melt by partially substituting the Fe2O3 with TiO2 for investigation of their structure. The glass melt has the basic composition (mol%): 40 BaO + 33 B2O3 + (27-x) Fe2O3 + x TiO2 with x = 0, 3.6, 5.4 and 7.2 mol% TiO2. The substituted ferrites were studied by means of X-ray diffraction, Mössbauer spectroscopy and vibration sample magnetometer. X-ray diffraction studies revealed that not all samples have a single ferritic phase, a small second phase corresponding to BaTi6O13 was also observed to form. The Mössbauer spectra changed from magnetically ordered (x = 0) to magnetically ordered with strong line broadening. Moreover, the broadening increases with TiO2 content. The Mössbauer parameters suggested that Ti4+ occupies the 2a and 12k crystal sites, and the Ti4+ substitution on the 2b and 4f2 site also occurs at high melt dopings. Therefore, coercivity and saturation magnetization decreased.

Der Tagungsband "Thüringer Werkstofftag 2010" sind die Proceedings des 8. Thüringer Werkstofftages, der im März 2010 an der TU Ilmenau stattfindet. Der Band beinhaltet die Wissenschaftlichen Beiträge (Vorträge und Poster), die auf dem Thüringer Werkstofftag 2010 vorgestellt werden und die als Manuskript zur Veröffentlichung eingereicht wurden. Für alle weiteren Beiträge, für die kein Manuskript eingereicht wurde, ist die Zusammenfassung des jeweiligen Beitrages in den Tagungsband aufgenommen worden.

The main field of this work is outlet of special melting system numerical simulation. Theses glasses needs appropriate operating conditions to achieve godd thermal and chemical homogeneity. Results show differences between use of different geometries and EM impact parameters, where optimization criteria was temperature homogeneity in melt.

Numerical investigation of new equipment for electromagnetic processing of weak conducting material melts was carried out. Significance of diffenrent effects and physical phenomena was evaluated, including previously neglected heat transfer and bouyancy effects.

Single crystalline hexaferrite powders with tailor-made properties are again interesting for different innovative applications, e.g. high-density recording media, chemical and microwave absorbing materials or hyperthermia in medicine. For the preparation of modified single crystalline barium hexaferrite powders (BaFe12-2xAIIxBIVxO19) we used the glass crystallization technique in the system BaO-Fe2O3-B2O3. The modifications result from the variation of the crystallization conditions and the partial substitution of the Fe3+-ions by Mn2+- and Ti4+-ions. - We report modifications of the crystallization behaviour, the phases, morphology and the magnetic properties of the barium hexaferrite powders. The crystallization behaviour was investigated by differential scanning calorimetry. The phases were determined by X-ray diffraction. The crystal morphology was analysed by scanning electron microscopy. The magnetic properties were measured by a vibrating sample magnetometer. Further the chemical compositions were determined by different methods, for example ICP. - The investigations show that increasing Fe3+-ion substitution causes decreasing coercivities at nearly constant saturation magnetizations without the change of the crystallographic structure (M-type). The attained cation substitutions Mn2+/Ti4+ in the hexaferrite crystals increase up to 2x = 3 with increased melt dopings MnO/TiO2 up to 10.8 mole-% . The partial Fe3+-substitutions in the powder are predetermited by the melt dopings. The properties are compared to undoped barium hexaferrite powders and to the results of other works.

Hochfrequente elektromagnetische Felder im Mikrowellenbereich sind als Folge notwendiger Kommunikationstechniken (Sattelitenfernsehen, Mobilfunk, WLAN - Technologien), Messtechniken (Radar für Verkehrs- und Luftüberwachung) und nicht verhinderbarer Abstrahlungen von Mikrowellentechniken (Mikrowellenerwärmung, -trocknung, -sintern, -kleben bis hin zu medizinischen Anwendungen) in unserer Umwelt mit unterschiedlicher Intensität und Frequenz vorhanden. Diesen Feldern sind alle biologischen Systeme ausgesetzt. Des Weiteren hat die verbreitete Anwendung von Elektronik zum effizienteren Betrieb (Steuerung/Regelung) industrieller Verfahren, von Medizintechnik, Bürotechnik, Kraftfahrzeugen bis zu Haushaltgeräten deutlich zugenommen. Um die bereits anstehenden und die zukünftigen Anforderungen bezüglich der Minderung von elektromagnetischen Strahlenbelastungen in Räumen und von Geräten - vorrangig im Frequenzbereich 1 bis 10 GHz - zu erfüllen, werden werkstoffliche Ansätze [1] zu neuen Abschirmmaterialien untersucht, die elektromagnetische Abschirmung durch ausgeprägte HF-absorbierende und reflexionsarme Eigenschaften ermöglichen. Diese neuen Abschirmmaterialien sind ferrimagnetische Verbundmaterialien, die nanoskalige, AII/BIV-dotierte Bariumhexaferritpulver enthalten. Das Bariumhexaferritpulver wird mit der Glaskristallisationstechnik im ternären System BaO-B2O3-Fe2O3 hergestellt, einer cellulosischen Spinnlösung zugegeben und versponnen. Man erhält flexible Fasern oder Filamente, die textil zu Geweben und Vliesen weiterverarbeitet oder auch einzeln verwendet werden können. Solche Verbundmaterialien müssen keiner weiteren Temperaturbehandlung zur Ausbildung der funktionalen Eigenschaften unterzogen werden. Sie bleiben hochelastisch. - Die erforderlichen unterschiedlichen elektromagnetischen Eigenschaften der Verbundmaterialien werden durch Modifizierung der zugesetzten Pulver eingestellt. Die maßgeschneiderte Anpassung der Bariumhexaferritpulver an EMS-Applikationen gelingt mittels partieller Substitution von Fe3+-Ionen durch geeignete AII/BIV-Dotierungen (Co2+/Ti4+, Mn2+/Ti4+, Co2+/Ru4+) bei gleichzeitiger Veränderung der Schmelz- und Kristallisationsbedingungen (Aufheizrate, Schmelz- und Tempertemperatur, Temperzeit). Dadurch wird die Verteilung des Kations Fe3+ in den fünf Untergittern des Bariumhexaferrites so verändert werden, dass die Sättigungsmagnetisierung MS steigt, aber die Koerzitivfeldstärke JHc und somit die intrinsische Anisotropie sinkt. Weiterhin wird die hohe natürliche ferromagnetische Resonanzfrequenz hexagonaler Ferrite reduziert und an die Frequenz des zu absorbierenden Feldes angepasst.

En el procesamiento magnético de materiales, la interacción de campos magnéticos fuertes (>> 1 T) con estructuras solidificadas de metales, aleaciones y cerámicos resulta bastante conocida y se aplica en la orientación de los cristales y en las transformaciones de fase. Sin embargo, la influencia de un campo magnético débil e inhomogéneo en fundiciones con un alto contenido de iones paramagnéticos ha sido rara vez investigada. - En este estudio, un campo magnético AC débil e inhomogéneo, con una baja densidad de flujo (hasta 44 mT) fue aplicado en fundiciones con la composición 40 BaO + 27 Fe2O3 + 33 B2O3. A altas temperaturas se generan los iones paramagnéticos Fe2+ y Fe3+. El instrumental usado y el procedimiento experimental seguido se describen en detalle. Se ilustrarán y discutirán los resultados por medio de mediciones de distribuciones de temperaturas in-situ obtenidas con una termocupla protegida y ex-situ por medio del uso de difracción de rayos X, análisis químico y mediciones magnetométricas en muestras tomadas a partir de la fundición ya solidificada. - Los resultados del estudio muestran que los efectos de las fuerzas magnéticas interfaciales serán capaces de influenciar la homogeneidad química en todas las fundiciones que contengan iones paramagnéticos, siempre que un campo magnético inhomogéneo penetre la fundición.

The formation of the melt flow plays a key role in the production of glass due to the required homogeneity of the melt and the quality of the product. Recently, we have reported on the manipulation of the flow velocity of glass melts in crucibles realized by the generation of external Lorentz forces [1]. The electromagnetic effects can be applied to improve the mixing in the melt which results in an enhancement of the thermal and chemical homogenization. In this paper we want to summarize the results of in-situ measurements of temperature and compare these outcomes with the striae formation in solidified glasses in dependence on the used chemical composition of the glass melts (transparent, cobalt oxide doped glass). In the following we deduce the possibilities of acceleration, deceleration and even reversion of the flow from calculated values of the flow velocity resulting from the reversion of the external Lorentz force direction.

Beeinflussungen von Materialprozessen mittels magnetischer Felder, bei denen der Stofftransport auf makroskopischer (Strömungen) und nanoskaliger (Diffusion) Ebene eine eigenschaftsbestimmende Rolle spielt, stehen seid Jahren im Focus wissenschaftlicher Untersuchungen.Zur Modifizierung solcher Materialprozesse mittels Magnetfelder sind Kraftdichten wie die Lorentzkraftund paramagnetische Kräfte infolge eines chemischen Konzentrationsgradienten und/oder magnetischen Feldgradienten nutzbar. Zur Bewertung der erzielbaren Effekte wurde durch eine vom Thüringer Ministerium für Wissenschaft, Forschung und Kultur (TMWFK) geförderte Nachwuchsgruppe, eine modulare Mess- und Experimentiereinrichtung aufgebaut. Gegenwärtige Untersuchungen konzentrieren sich auf die Beeinflussung von Strömungen in Glasschmelzen und Elektrolyten sowie der Kristallisation von Ferriten in einer glasigen Matrix.

Application of an external magnetic field to intensify the stirring process in oxide melts is a well-known industrial method. In this case the melt flow occurs not only due to thermal convection caused by the heat conduction and Joule heat production, but also due to a contribution of the Lorentz force. In our case, the character of the opaque (reduced transparency for IR as well) glass melt flow with temperature-dependent physical properties has been investigated. The main idea of the present work is to prove numerically (experimental evidence by discrete measurements of the temperature has benn already given in [1] and [2]) that the applcation of the Lorentz force can enhance the homogeneity of the melt. Our simulations show a complete temperature distribution in 3D geometry of the melt, which is compared with the perivous experimtental measurements.

An application of external magnetic field induced Lorentz force in the stirring process of oxide melts is a well-known industrial method. In this case not only the thermal convection caused by direct (thermal) and indirect (Joule) heating is present but also a contribution of Lorentz force which is used to intensify the stirring process. - A prediction of experimentally reasonable conditions - temperature range etc. could face various difficulties if a material with non-linear physical propertzies is used. In our present publication we discuss the results we have grained in ANSYS CFX simulations of an opaque glass melt in 2D approximation.

Die steigenden Anforderungen an die Qualität von technischen Gläsern sowie der Trend zur Kostenreduzierung führen zu einer stetigen Verbesserung der Glasproduktion, aber auch zu immer neuen Glaszusammensetzungen. Die damit verbundenen Veränderungen der Werkstoffeigenschaften wirken sich unmittelbar auf die Herstellungsparameter aus. Die Kenntnis und die Beeinflussung der Strömungsverhältnisse in einem Schmelzaggregat sind daher von großer Bedeutung, um eine gute Homogenität der Glasschmelze und der daraus hergestellten Produkte zu gewährleisten. In dem vorliegenden Beitrag wird die Möglichkeit der berührungslosen und von den Glasschmelzprozess bestimmenden Parametern unabhängig steuerbaren Strömungsbeeinflussung durch elektro-magnetisch erzeugte Lorentzkräfte aufgezeigt. Der Nachweis der Effekte erfolgt mittels in-situ gemessenen Temperaturverteilungen und durch Visualisierung der Glasbadströmungen mit Hilfe von färbenden Ionen. Eine weitere Aufklärung über die Strömungsverhältnisse wird durch die Ergebnisse dreidimensionaler numerischer Simulationen mit dem selbstentwickelten Simulationsprogramm PROMETHEUS und der kommerziellen Software zur Strömungsberechnung FLUENT gegeben.

Hochfrequente elektromagnetische Felder im Mikrowellenbereich sind als Folge notwendiger Kommunikationstechniken (Satellitenfernsehen, Mobilfunk, WLAN-Technologien), Messtechniken (Radar für Verkehrs- und Luftüberwachung) und nicht verhinderbarer Abstrahlungen von Mikrowellentechniken (Mikrowellenerwärmung, -trocknung, -sintern, -kleben bis hin zu medizinischen Anwendungen) in unserer Umwelt mit unterschiedlicher Intensität und Frequenz vorhanden. Diesen Feldern sind alle biologischen Systeme ausgesetzt. Des Weiteren hat die verbreitete Anwendung von Elektronik zum effizienteren Betrieb (Steuerung/Regelung) industrieller Verfahren, von Medizintechnik, Bürotechnik, Kraftfahrzeugen bis zu Haushaltgeräten deutlich zugenommen. Um die bereits anstehenden und die zukünftigen Anforderungen bezüglich der Minderung von elektromagnetischen Strahlenbelastungen in Räumen und von Geräten - vorrangig im Frequenzbereich 1 bis 10 GHz, zu erfüllen - werden werkstoffliche Ansätze [1] zu neuen Abschirmmaterialien untersucht, die elektromagnetische Abschirmung durch ausgeprägte HF-absorbierende und reflexionsarme Eigenschaften ermöglichen. Diese neuen Abschirmmaterialien sind ferrimagnetische Verbundmaterialien, die nanoskalige, AII/BIV-dotierte Bariumhexaferritpulver enthalten. Das Bariumhexaferritpulver wird mit der Glaskristallisationstechnik im ternären System BaO-B2O3-Fe2O3 hergestellt, einer cellulosischen Spinnlösung zugegeben und versponnen. Man erhält flexible Fasern oder Filamente, die textil zu Geweben und Vliesen weiterverarbeitet oder auch einzeln verwendet werden können. Solche Verbundmaterialien müssen keiner weiteren Temperaturbehandlung zur Ausbildung der funktionalen Eigenschaften unterzogen werden. Sie bleiben hochelastisch. Die erforderlichen unterschiedlichen elektromagnetischen Eigenschaften der Verbundmaterialien wird durch Modifizierung der zugesetzten Pulver eingestellt. Die maßgeschneiderte Anpassung der Bariumhexaferritpulver an EMS-Applikationen gelingt mittels partieller Substitution von Fe3+-Ionen durch geeignete AII/BIV-Dotierungen (Co2+/Ti4+, Mn2+/Ti4+, Co2+/Ru4+) bei gleichzeitiger Veränderung der Schmelz- und Kristallisationsbedingungen (Aufheizrate, Schmelz- und Tempertemperatur, Temperzeit). Dadurch wird die Verteilung des Kations Fe3+ in den fünf Untergittern des Bariumhexaferrites so verändert werden, dass die Sättigungsmagnetisierung MS steigt, aber die Koerzitivfeldstärke JHc und somit die intrinsische Anisotropie sinkt. Weiterhin wird die hohe natürliche ferromagnetische Resonanzfrequenz hexagonaler Ferrite reduziert und an die Frequenz des zu absorbierenden Feldes angepasst. - Im Beitrag werden ausgewählte Pulvermodifizierungen hinsichtlich ihres chemischen Aufbaus, der Phasenverteilung und bezüglich der statischen und dynamischen magnetischen Eigenschaften vorgestellt und diskutiert. Die veränderten statischen und dynamischen magnetischen Eigenschaften werden an Materialmustern mit einem Vibrationsprobenmagnetometer bzw. mittels magnetischer Spektroskopie in Koaxialmesszellen bis 10 GHz nachgewiesen.

Die Synthese von AII/BIV-dotierten Bariumhexaferritpulvern und deren maßgeschneiderte Anpassung der magnetischen Eigenschaften an spezielle Anwendungen erfolgt mittels der Glaskristallisationstechnik im ternären System BaO-B2O3-Fe2O3. Die Variation der magnetischen Pulverei-genschaften (statisch und dynamisch) gelingt einerseits über eine partielle Substitution des Ei-senoxids (Fe2O3) durch geeignete Metalloxidpaare, die zweiwertige paramagnetische (Cr2+, Ni2+, Co2+ oder Ni2+) und zum Valenzausgleich vierwertige, aber diamagnetische Ionen (Ti4+) einbringen und andererseits über die Anpassung der Schmelz- und Kristallisationsbedingungen (Aufheizgeschwindigkeit, Schmelz- und Tempertemperatur, Temperzeit). Dadurch entsteht während der gesteuerten bottom-up Kristallisation der unterkühlten Schmelze eine Verteilung der Kationen in den Untergittern des Bariumhexaferrites, die bei etwa konstant bleibender Sättigungsmagnetisierung MS entscheidend geringere Koerzitivfeldstärken JHC und somit wesentlich kleinere intrinsische Anisotropien bewirkt. Die erreichten Pulvermodifizierungen BaFe12-2xAIIxBIVxO19 werden hinsichtlich ihres chemischen und kristallinen Aufbaus und der Phasen mit der Atomabsorptions- bzw. Ionenemissi-onsspektroskopie, Elektronenmikroskopie und der Röntgendiffraktometrie analysiert. Aus den veränderten magnetischen Pulvereigenschaften ergeben sich Anwendungspotentiale. Eine mögliche innovative Applikation besteht darin, die nanoskaligen Bariumhexaferritpulver in eine cellulosische Spinnlösung einzubinden und daraus flexible Formkörper (Fasern und Vliese) herzustellen. Dabei erfolgt die Übertragung der magnetischen Eigenschaften der Bariumhexaferritpulver auf diese Formkörper. Man erhält mit undotierten, aber hinsichtlich der Kristallperfektion optimierten Pulvern flexible, endlos herstellbare magnetische Sensoren zur Positionserfassung in der Mikroprozess-, und - messtechnik und mit dotierten Bariumhexaferritpulvern, deren MS/JHC - Verhältnis sich bei Schmelzdotierungen mit Co3O4/TiO2 bis zu 7 Mol-% von 0,35 auf etwa 11 vergrößert, Abschirmmaterialien mit selektiven im Frequenzbereich 2 bis 6 GHz absorbierenden Eigenschaften, weil infolge der Fe3+- Substitution durch Co2+- bzw. Ti4+-Ionen die natürliche ferromagnetische Resonanzfrequenz des Bariumhexaferrites sinkt.

Mit Hilfe experimenteller Untersuchungen und numerischen Simulationen konnte eine Veränderung der Strömungsverhältnisse durch die Wirkung von künstlichen Lorentzkräften nachgewiesen werden. Die Generierung von künstlichen Lorentzkräften erfolgt durch das Einprägen einer elektrischen Stromdichte und eines magnetischen Wechselfeldes bei gleicher Frequenz (50Hz) in die Glasschmelze. Die experimentellen Ergebnisse tragen in Verbindung mit numerischen Simulationen zum Verständnis der physikalischen Grundlagen des elektromagnetischen Rührens und damit zur Erforschung der Wirkungskette: Elektromagnetisches Feld Strömungsfeld Werkstoffeigenschaften bei.

UV-strukturierbare Gläser erweitern die Werkstoffpalette der in der Mikrosystemtechnik anwendbaren Werkstoffe. Mikromechanische Bauteile, wie z.B. Greifer, Taster und Mikroantriebe mit hohen Aspektverhältnissen im Mikrometerbereich sind über den Prozess der Fotostrukturierung von Glas herstellbar. In dieser Arbeit werden die Prozessabläufe bei der Kristallisation eines UV-strukturierbaren Glases im System Li2O-Al2O3-SiO2 untersucht. Die dabei gefundenen Zusammenhänge erweitern das vorhandene wissenschaftliche Verständnis für die in diesem speziellen Glas ablaufenden komplizierten physikalischen und chemischen Prozesse. Entsprechend der Anforderung zur Einstellung des für die UV-Strukturierung nötigen Redoxsystems im Ausgangsglas, wird im ersten Teil der Arbeit kurz auf die erfolgreiche Herstellung des in einer kleintechnischen Anlage geschmolzenen Glases eingegangen. Der Hauptteil dieser Arbeit widmet sich der Lösung noch offener Fragen zum Mechanismus der heterogenen, UV-strahlenunterstützten Bildung von Kristallkeimen. Anhand verschiedener experimenteller Methoden wurden die Vorgänge während der technologischen Einzelschritte Belichten, Tempern und Ätzen untersucht. Es ist weitestgehend gelungen, die Wirkung von Silber als Keimbildner aufzuklären und die exakten Belichtungs- sowie die thermischen Bedingungen für Keimbildung und Kristallwachstum zu definieren. Im Gegensatz zu bisher angenommenen Erkenntnissen befinden sich die Silberionen nicht nur in den tröpfchenförmigen Entmischungen des Glases, sondern feinverteilt sowohl in der Matrix als auch in den Tröpfchen. Nur in den Tröpfchen kann auf den im Strukturierungsprozess gebildeten Silberclustern die Kristallphase Lithiummetasilikat aufwachsen, da nur hier die chemische Zusammensetzung passfähig ist. Die zur Herstellung von mikrostrukturierten Bauteilen gefundenen Bedingungen der Keimbildung und des Kristallwachstums werden als Voraussetzung für die Erzeugung gut ätzbarer Kristallgefüge genutzt. Bei Anwendung eines mehrstufigen Temperregimes mit Haltezeiten bei Keimbildungs- und Kristallwachstumstemperatur konnten mit einer hohen Reproduzierbarkeit und Ausbeute industriell verwendbare Messfedern hergestellt werden. Weiterhin können die gefundenen Zusammenhänge zwischen Belichtungsenergiedichte, Keimbildungs- und Kristallwachstumsbedingungen genutzt werden, um die mechanischen Eigenschaften fotostrukturierter Glasbauteile gezielt zu verändern. Definierte Belichtung und spezielle thermische Nachbehandlung erhöhte die Biegebruchfestigkeit mikrostrukturierter Bauteile von ca. 340 auf etwa 540 MPa.

Für die Fotostrukturierung von Lithium-Aluminium-Silikatglas FS21 konnten in guter Übereinstimmung sowohl durch optische Spektroskopie als auch Elektronenmikroskopie, die Bildung erster Silberpartikeln nach Belichtung und Temperung bei 450 &ayn;C gezeigt werden. Die mittlere Göße dieser Partikeln von ca. 4 nm erscheint jedoch noch nicht ausreichend, um unter den gegebenen experimentellen Bedingungen als Keime für aufwachsende LMS-Kristalle zu wirken. Erst nach Belichtung und Temperung bei 550 &ayn;C entstanden Silberpartikeln von ca. 7 nm mittlerer Größe, an denen heterogene Keimbildung von LMS-Kristallen beobachtet wurde.

Magnetic structures, screen printing, via filling, tape castin, laser treatment

Das elektromechanische Aufbereitungsprinzip stellt für die chemische und mechanische Verfahrenstechnik ein neuartiges Wirkprinzip dar. Es unterscheidet sich von derzeit genutzten Prinzipien dadurch, daß die zur Bewegung der Aufbereitungswerkzeuge notwendige Energie nicht indirekt über mehrere Transformationsstufen sondern direkt mittels sich örtlich und/oder zeitlich ändernden elektromagnetischen Feldern auf die Aufbereitungswerkzeuge übertragen wird. Dadurch verspricht es zunächst vor allem einen effizienteren Energieumsatz und höhere erreichbare Energiedichten. - Zur Quantifizierung der Erwartungen an dem neuartigen elektromechanischen Zerklei-nerungsprinzips werden systematisch mittels einer halbempirischen, elektrischen Methode anhand der Autogenmahlung von Hartferriten - der machbare Leistungsumsatz quantifiziert, - seine Beeinflußbarkeit analysiert sowie - das Zerkleinerungsverhalten granulometrisch und energetisch bewertet. - Die Ergebnisse unterstreichen, daß das elektromechanische Autogenmahlprinzip insbesondere aus energiewirtschaftlichen Aspekten für die Zerkleinerung hartmagnetischer Materialien eine Alternative zu den derzeit benutzten Zerkleinerungstechniken darstellt.

Die Ergebnisse der Analyse des elektromechanischen Leistungsumsatzes zeigen, daß die halbempirische Methode über elektrische und mechanische Leerlaufversuche sowie numerische Fassung der Zusammenhänge mit physikalisch begründeten Approximationsbeziehungen geeignet ist, die Luftspaltleistung Pd - als die im Prozeßraum verfügbare Leistung zu bestimmen und - in Abhängigkeit von wesentlichen Einflußgrößen (Hd, f, jFP, dFP) zu beschreiben. Dieses elektrische&hardcy; Vorgehen ermöglicht eine Voroptimierung der Prozeßparameter ohne Zerkleinerungsversuche. Des weiteren liegt damit ein wesentlicher Beitrag zur Gesamtauslegung von elektromechanischen Aufbereitungsanlagen vor. Die Modellteile, die einerseits die auslegungstechnische Realisierung der erforderlichen Luftspaltleistung gewährleisten und andererseits den Leistungsanteil fixieren, der zerkleinerungswirksam wird, müssen sich hier anschließen. Die Beurteilung der Güte des elektromechanischen Leistungsumsatzes verdeutlicht den Zwang zur Senkung der Ummagnetisierungsverluste durch Einsatz von Ringspaltkammermaterialien mit höherem spezifischem elektrischem Widerstand zur Wirkungsgraderhöhung und Nutzung des vorteilhaften Betriebs bei höheren Frequenzen. Bei den diskontinuierlichen Versuchen zur elektromechanischen Autogenzerkleinerung hat sich herausgestellt, daß gesinterte Hartferritpellets 1) elektromechanisch feinstzerkleinert werden können und - die elektromechanische Feinstzerkleinerung 2) in einem einstufigen Prozeß möglich ist. Die Analyse des Zerkleinerungsverhalten zeigt weiterhin, daß bei der elektromechanischen Autogenmahlung von Hartferriten eine Partikelgrößenlücke entsteht. Sie ist zur Abtrennung/Abführung der entstehenden Feinanteile vorteilhaft. Die Feinanteile resultieren hauptsächlich aus Abrasionsvorgängen. Insgesamt stützen die vorliegenden Ergebnisse die eingangs injizierte Erwartung, daß das elektromechanische Autogenmahlprinzip für die Zerkleinerung hartmagnetischer Materialien insbesondere aus energiewirtschaftlichen Aspekten eine echte Alternative zu den derzeit benutzten Zerkleinerungstechniken darstellt.

Die Entwicklung optimaler, mit Maschinen versehener Erzeugnisse, erfordert aus Sicht des Motorherstellers neben der Lösung der Grundaufgabe, nämlich der Bereitstellung des geforderten Drehzahl-Drehmomenten-Verhaltens, die Einhaltung einer Vielzahl physikalisch-technischer und ökonomischer Forderungen sowie bestimmter Mindestanforderungen an die Gebrauchseigenschaften. Die Kühlung elektrischer Maschinen muß als ein Punkt dieser komplexen Aufgabenstellung betrachtet werden. In diesem Artikel liegen dazu Vorschläge zur Auswahl tjermisch wirksamer Kühlsysteme bei Vorgabe elektromagnetisch aktiver Teile vor.