Homogenisierung von Glasschmelzen unter Nutzung von Lorentzkräften. - Leipzig : Verl. der Sächsischen Akad. der Wiss., 2005. - 26 S. - (Sitzungsberichte der Sächsischen Akademie der Wissenschaften zu Leipzig, Technikwissenschaftliche Klasse ; 1,6) ISBN 978-3-7776-1412-0
Influence of a low AC magnetic field on glass melts with paramagnetic ions. - In: Fundamental and applied MHD, (2005), S. 261-264
Compositions from the ternary system BaO-B2O3-Fe2O3 are useful for the synthesis of modified single crystalline barium hexaferrite powders by the glass crystallization technique (GCT)[1]. Such special barium hexaferrite powder BaAIIxBIVxFe12-2xO19 (AII: Co2+, Mn2+ e.g.; BIV: Ti4+, Ru4+ e.g.) are a very important magnetic material for different applications. Their technical applications range from high-density magnetic recording media[2], hyperthermia in the medicine[3] to chemical[4] and microwave absorbing materials[5]. Very homogeneous melts (thermal and chemical) and a defined redox ratio are required amongst other things for the manufacturing of such barium hexaferrite powder by GCT. - The melts from the system BaO-B2O3-Fe2O3 are in black. In black melts the heat transport by radiation is nearly zero. Consequently the problems of homogeneity increase. Moreover, the iron irons and the partially substituted AII-ions are paramagnetic ones with a defined magnet moment n*?B. It is very interesting to answer the question, how a low AC magnetic field (<< 1 T) which is impressed during the melting until the cooling can help to homogenize the melt and to adjust the redox ratio and therefore the crystallization - without mechanical contact, controlled and independent on other process parameters. - The influence of high static magnetic (>> 1 T) fields on the crystal orientation and phase transformation in solidified structures of metals, alloys and ceramics of different magnetic permeabilities was recently researched in many cases[7-9]. - In this study a low inhomogeneous AC magnetic field (up to 55 mT, 50 Hz) was imposed in the melts. They contain 33.84 wt% iron oxide. The used experimental set-up as well as the experimental procedure will be described in detail (Section 2). In Section 3 we illustrate and discuss the results by means of in-situ measured temperature distributions using a protected thermocouple an ex-situ (drilled out samples of the cooled melt) by density as well as by X-ray diffraction and vibrating sample magnetometer measurements.
Synthese und Anwendungen von maßgeschneiderten BaFe12-2xAIIxBIVxO19-Pulvern. - In: Ceramic forum international, ISSN 0173-9913, Bd. 82 (2005), 13, S. 182-188
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.
Elektromagnetische Strömungsbeeinflussung in Glasschmelzen. - In: Programm und Referate, (2005), insges. 12 S.
Mit Hilfe experimenteller Untersuchungen und numerischen Simulationen wird die Verbesserung von Homogenisierungsprozessen in Glasschmelzen durch die Wirkung von künstlichen Lorentzkräften nachgewiesen. Die Generierung von künstlichen Lorentzkräften erfolgt durch das Einprägen einer elektrischen Stromdichte (50Hz) und eines magnetischen Wechselfeldes gleicher Frequenz in die Glasschmelze. Zur Untersuchung der Wirkung von Auftriebskraft, natürlicher und künstlicher Lorentzkraft wurden in-situ Messungen der Temperaturverteilung in der Glasschmelze und Experimente mit färbenden Ionen durchgeführt. Die experimentellen Ergebnisse dienen in Verbindung mit numerischen Simulationen der Erforschung der Wirkungskette: Elektromagnetisches Feld Strömungsfeld Werkstoffeigenschaften und somit zur Untersuchung der physikalischen Grundlagen des elektromagnetischen Rührens. Die Fortführung der experimentellen Arbeiten (Visualisierung der Strömungsbeeinflussung) und die Weiterentwicklung der numerischen Simulationssoftware (Berücksichtigung nichtlinearer Rückkopplungseffekte) bilden Schwerpunkte der weiteren Forschung und sollen zur Entwicklung eines Werkzeuges für die Vorhersage der Rührwirkung elektromagnetischer Felder in Glasschmelzen führen.
Elektromagnetische Modifizierung von Strömungen in Schmelzen. - In: Workshop Elektroprozesstechnik - Behandlung von Werkstoffen im Elektromagnetischen Feld, (2005), 10, S. 1-8
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.
Beitrag zur Mikrostrukturierung von fotostrukturierbarem Glas mittels UV-Laserstrahlung, 2005. - Online-Ressource (PDF-Datei: 116 S., 3806 KB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2005
Parallel als Druckausg. erschienen
Wird ein fotosensibles Glas mit UV-Laserstrahlung belichtet, so können fotochemische Gefügemodifizierungen im Glas für einen geometrischen Mikrostrukturierungsprozess nach dem Fotoformverfahren genutzt werden. Für ein verbessertes Prozessverständnis erfolgt anhand einer direkt-schreibenden Belichtungsmethode die systematische Untersuchung des Einflusses von Belichtungsparametern auf Kenngrößen des Mikrostrukturierungsprozesses . Nach einer kurzen Einführung erfolgt die Darstellung der zum Verständnis notwendigen Grundlagen zum Fotoformverfahren, zur UV-Laser-Belichtung und zum verwendeten fotostrukturierbaren Glas. Der Hauptteil der Arbeit widmet sich der Analyse des Einflusses der Belichtungsparameter auf die 3 Prozessschritte des Fotoformverfahrens: UV-Laser-Belichtung (KrF- und XeCl-Excimerlaserstrahlung und (3w)Nd:YAG Festkörperlaserstrahlung), partielle Kristallisation durch Temperung und geometrische Mikrostrukturierung durch nasschemisches Ätzen. Der grundlegende Erkenntnisfortschritt besteht in der Beschreibung strahlungsinduzierter Gefügemodifizierungen auf optische Eigenschaften des Glases und den daraus folgenden Strukturveränderungen in partiell kristallisierten Bereichen getemperter Proben. UV-Laser-belichtete Proben wurden mittels UV-VIS-Spektroskopie, TEM-, HREM-, REM- und AFM-Analyse sowie optischer Lichtmikroskopie untersucht. Die wesentlichen Ergebnisse sind: infolge UV-Laser-Belichtung erfolgt die Bildung von angeregten Zuständen an Ce3+-Ionen, Farbzentren an polyvalenten Elementen (Zinn, Antimon) und Trennstellensauerstoffen sowie Ag-Nanopartikel im Glas. Aus der Belichtung resultierende Gefügemodifizierungen beeinflussen die Größe einzelner Kristalle und deren Vernetzung, die Kristallisationstiefe und die laterale Ausdehnung kristallisierter Bereiche. Das Ätzratenverhältnis wird maßgeblich vom Grad der Vernetzung der einzelnen Kristalle bestimmt. In einem abschließenden Kapitel wird der Einfluss von Belichtungsparametern auf die Glasmikrostrukturierung anhand strukturierter Gräben für die Belichtung mit XeCl-Excimerlaserstrahlung diskutiert. Die potentiellen Anwendungsfelder für das vorgestellte Verfahren liegen auf den Gebieten der Mikrosensorik, -aktuatorik, -mechanik, -optik, -fluidtechnik und nicht zuletzt der Mikroreaktionstechnik.
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Kristallisation eines UV-strukturierbaren Glases im System Li2O-Al2O3-SiO2, 2005. - Online-Ressource (PDF-Datei: 144 S., 5531 KB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2005
Parallel als Druckausg. erschienen
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.
http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=4534
Forming of noncircular cross-section SiO2 glass fibers. - In: Glass science and technology, ISSN 0946-7475, Bd. 78 (2005), 2, S. 69-75
Fiber reinforced transparent glass. - In: Machine dynamics problems, ISSN 0239-7730, Bd. 28 (2004), 3, S. 131-137
UV-unterstützte Mikrostrukturierung von Spezialglas. - In: Individuum und Kosmos, (2004), S. 257-280