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Fakultätsübergreifendes Institut für Werkstofftechnik


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Univ.-Prof. Dr. Edda Rädlein

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INHALTE

Studienabschlussarbeiten

im Institut für Werkstofftechnik

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Erstellt: Tue, 12 Dec 2017 23:09:01 +0100 in 0.0475 sec


Vincent, Raphael
Modellbildung und Verifizierung für das Fließverhalten einer treibmittelbeladenen Kunststoffschmelze. - Ilmenau. - 117 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit, 2017

Die Herstellung von geschäumten Kunststoffpartikeln und Formteilen erfordert Kenntnis und Kontrolle über rheologische Eigenschaften des verarbeiteten Materials. Das Lösen von Treibmittel in einer Kunststoffschmelze reduziert die Viskosität. Es ist daher wünschenswert, Erkenntnisse für eine Überwachung und eine quantitative Prognose der treibmittelverursachten Viskositätsreduktion zu gewinnen. In dieser Arbeit wird die Entwicklung eines Messverfahrens vorgestellt, welches es ermöglicht, in einem Einschneckenextruder inline ohne die Installation von zusätzlichen Prüfgeometrien und anderen Druckverbrauchern die Viskosität in der Meteringzone abzuschätzen. Das Verfahren wird validiert und für die Untersuchung der viskositätssenkenden Wirkung von in der Kunststoffschmelze gelöstem Gas genutzt. Versuche, in denen unterschiedliche Masseanteile Propan (C3H8) und Kohlenstoffdioxid (CO2) in Polypropylen (PP) gelöst werden und die resultierende Viskosität mit Hilfe des neuartigen Messverfahrens erfasst wird führen zur Entwicklung eines neuen Modells zur einfachen Berechnung der Lösungsviskosität. Anders als bei bisherigen Modellbeschreibungen kann hier eine Skalierungsfunktion allein auf Basis von Treibmittelanteil und materialkombinationsspezifischen Konstanten aufgestellt werden. Für geringe Treibmittelanteile werden erforderliche Konstanten für die untersuchten Materialkombinationen zur Verfügung gestellt.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/1008702595vince.txt
Krautscheid, Kevin
Elektrochemische Charakterisierung und Anwendungsanalyse des galvanisch aufgebrachten Legierungssystems Zink-Nickel-Eisen. - Ilmenau. - 103 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit, 2017

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


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/1008618012kraut.txt
Yuan, Qian
Hydrogenated WS2 as anode material for lithium-ion batteries. - Ilmenau. - 75 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit, 2017

Übergangsmetalldichalkogenid-Nanopartikel sind in neueren Lithium-Ionen-Batterien (LIBs) als Anodenmaterial aufgrund ihrer geschichteten Struktur vorherrschend, da sie als Wirtsgitter wirken, wenn sie mit Molekülen reagieren, um eine Interkalationsverbindung zu ergeben. Andererseits zeigen plasmahydrierte Nanopartikel auch eine schnelle Lithium-Speicherleistung. Einer der wichtigen Gründe für die bemerkenswerte Verbesserung der elektrochemischen Leistung sind die ungeordneten Oberflächenschichten, die die Pseudokapazität der Lithiumspeicherung verbessern. Hier haben wir einen interessanten Ansatz vorgeschlagen, indem wir diese beiden Ideen miteinander kombinieren, um hydrierte WS2-Nanopartikel als Anodenmaterial für LIBs herzustellen. Hydrierte WS2-Nanopartikel wurden über ein Tropfgussverfahren und eine anschließende Plasmahydrierungsbehandlung bei 300 ˚ C für 2 Stunden hergestellt. Systematische Charakterisierungsmethoden wie hochauflösende Transmissionselektronenmikroskopie (HR-TEM), Röntgenbeugungsspektroskopie (XRD), Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS) und Raman-Spektroskopie wurden verwendet, um die strukturelle Entwicklung zwischen den ursprünglichen und hydrierten WS2-Nanopartikeln zu untersuchen. Die hydrierten WS2-basierten LIBs besitzen eine signifikant höhere spezifische Kapazität bei unterschiedlichen Stromdichten. Darüber hinaus zeigt die elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS) eine drastische Abnahme des Ladungstransferwiderstands von 313,5 auf 7,173 [Omega], was bedeutet, dass die plasmagestützte Elektrode für den Elektronentransport während des Li-Ionen-Insertions- / Extraktionsprozesses günstiger ist.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/1006698426yuan.txt
Gorf, Thomas
Grenzschichtcharakterisierung und Haftmechanismen bei Verbindung von Kohlenstofffasern mit aufgeschäumtem Polyethylenterephthalat mithilfe eines Epoxidharzsystemes. - Ilmenau. - 70 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit, 2017

Im Rahmen vorliegender Bachelorarbeit wird eine Theorie über wirkende Haftmechanismen bei Verbindung von Kohlenstofffasern mit aufgeschäumtem Polyethylenterephthalat durch ein Epoxidharzsystem entwickelt. Mithilfe von Resin-Transfer-Moulding- sowie Vakuuminjektions-Verfahren werden unter Variation der Kernmaterialdichte plattenförmige Sandwichverbunde hergestellt und daraus entnommene Probekörper messtechnisch untersucht. Der stoffschlüssige Haftmechanismus wird durch Kontaktwinkelmessungen am Kernmaterial charakterisiert. Der formschlüssige Haftmechanismus wird durch chemisches Auflösen des Kernmaterials hergestellter Probekörper mittels Natronlauge und anschließender bildtechnischer Untersuchung ausgebildeter Grenzschichten charakterisiert. Gewonnene Ergebnisse werden interpretiert und Empfehlungen zur Auswahl der Schaumdichte sowie des Verarbeitungsprozesses mit Zielgröße höchstmöglicher Verbundfestigkeit abgeleitet.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/1006030654gorf.txt
Kühnel, Pascal
Charakterisierung von Thermoplasten für den Spritzgießprozess mittels intelligenter Fließspirale. - Ilmenau. - 70 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit, 2017

Ziel dieser Arbeit ist es Polyethylen hoher Dichte (PE-HD) hinsichtlich der Schlagzähigkeit zu optimieren, ohne dabei die Fließfähigkeit zu beeinträchtigen. Dazu werden die Einflüsse der Verfahrensparameter und Materialauswahl auf die mechanischen Eigenschaften und die Verarbeitbarkeit zunächst theoretisch betrachtet. Anschließend werden durch experimentelle Untersuchungen die theoretischen Betrachtungen verifiziert. Die Einflüsse werden mithilfe der mechanischen Eigenschaften: Schlagzähigkeit, Zugfestigkeit, Zugmodul und Bruchdehnung sowie der Fließweglänge charakterisiert. Nach einer Materialauswahl wurden zunächst Polyblends von PE-HD mit Polyethylen hoher (PE-HMW) und ultrahoher Molmasse (PE-UHMW) betrachtet. Ein zweiter Versuch wurde bei Variation der Parameter Zylinderwandtemperatur, Vorlauftemperatur, Nachdruck und Einspritzvolumenstrom durchgeführt. Die Ergebnisse der Experimente zeigen, dass ein PE-HD/PE-HMW Polyblend eine geeignete Möglichkeit zur Optimierung der Schlagzähigkeit darstellen kann. Nimmt dabei die Fließweglänge ab, kann diese über Erhöhung der Zylinderwandtemperatur, Vorlauftemperatur und den Einspritzvolumenstrom wieder erhöht werden, dies zeigen die Ergebnisse des zweiten Versuchs.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/1006030166kuehn.txt
Sauñi Camposano, Yesenia Haydee
Synthesis of hydroxyapatite thin films on PMMA 3D printed substrates. - Ilmenau. - 61 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit, 2017

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


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/1005251371sauni.txt
Bitterlich, Christoph
Einflussgrößen der Eigenspannungen einer galvanischen Rhodium Ruthenium Legierungsschicht auf Grundlage der Theorie der Elektrokristallisation. - Ilmenau. - 62 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit, 2017

Elektrochemisch abgeschiedenes Rhodium findet weitverbreitet Anwendung in technischen und dekorativen Bereichen. Es zeichnet sich besonders durch seine hohe Härte, exzellente Korrosionsbeständigkeit und gute Leitfähigkeit aus. Die Legierungsbildung mit Ruthenium verbessert einige dieser Eigenschaften und senkt die Herstellungskosten, da der Ruthenium Preis nur 5-8% des Rhodium Preises beträgt. Allerdings zeichnen sich die galvanisch erzeugten Schichten durch hohe Zugspannungen von bis zu 800MPa aus, wodurch nur bis maximal 1[my]m Schichtdicke rissfreie Schichten erzeugt werden können. Aufgrund der schlechten Schichtdickenverteilung kann an Ecken und Kanten die maximale Schichtdicken lokal überschritten werden, wodurch an dieser Stelle Risse entstehen. Die vorliegende Masterarbeit beschäftigt sich damit, die hohen Zugspannungen der galvanischen Rhodium-Ruthenium-Schichten zu reduzieren. Der Elektrokristallisationsprozess, der die Eigenschaften der Schicht maßgebend steuert, wird mithilfe von Pulse Plating und Pulse Reverse Plating beeinflusst. Es werden Pulsparameter erarbeitet, welche die Eigenspannungen der Schicht um ca. 13% im Vergleich zu DC-Schichten verringern können. Bei Verwendung der erarbeiteten Pulse Reverse-Parameter ist eine Senkung von bis zu 60% möglich. Jedoch wird mit der Verwendung von Pulse Reverse Plating eine deutliche Reduzierung des Wirkungsgrades beobachtet, dessen Ursachen genauer untersucht wurden. Je nachdem welche Anforderungen an die Eigenspannungen gestellt werden, kann zwischen Pulse Plating und Pulse Reverse Plating gewählt werden.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/1005250987bitte.txt
Glück, David
Einfluss von Additiven auf die elektrochemische Co-Abscheidung von Ti3SiC2 MAX-Phasen Partikel mit Kupfer. - Ilmenau. - 100 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit, 2017

Die im Rahmen dieser Arbeit durchgeführten Untersuchungen der Abscheidung von Kupfer mit Ti3SiC2-MAX-Phasen Partikeln mit den Additiven L-Cystein, Thioharnstoff, Polyethylenglycol und bis-(3 Natrium Sulfopropyl) Disulfid (SPS) zeigen, dass die Konzentration und die Art der Additive einen starken Einfluss auf den Partikelgehalt der abgeschiedenen Schicht haben. Es wurden Zeta-Potentiale ([Zeta]-Potentiale) der MAX-Partikel in verdünntem CuSO4 (1mM), versetzt mit verschiedenen Additiven, gemessen. Die Ergebnisse deuten auf eine Schicht SiO2 auf der Oberfläche der Partikel hin. Außerdem zeigen die Messungen, dass die Partikel zwischen pH 2 und pH 6 zum Agglomerieren neigen. Die Rauheit von Schichten, abgeschieden aus partikelfreien Elektrolyten, beträgt zwischen 0,8 [my]m und 6,4 [my]m. Thioharnstoff führt zu glatten und glänzenden Schichten mit einer Rauheit von 0,8 [my]m bei 0,01 g l-1 bei 2 Adm-2. Die Schicht aus additivfreien Elektrolyten besitzt eine Rauheit von 3,3 [my]m. In Schichten, die aus Elektrolyten mit 10 g l-1 MAX-Phasen Partikeln abgeschieden wurden, liegt die mittlere Rauheit zwischen 6,3 [my]m und 15,0 [my]m. Dies liegt an den Partikeln, die auch als Kristallisationskeime dienen, dies führt zu Poren in der Schicht. Des weiteren haben die Additive einen starken Einfluss auf den Partikelgehalt der Schicht. Die aus additivfreien Elektrolyten abgeschiedene Schicht enthält 3,3 wt% Partikel. Wird aus einem Elektrolyten mit 1,0 g l-1 bei 2 Adm-2abgeschieden, so kann ein Partikelgehalt von 6,8 wt% erreicht werden. Thioharnstoff hat keinen Einfluss auf den Partikelgehalt. Schliffaufnahmen zeigen im REM eine gleichmäßige Verteilung der Partikel in der Kupferschicht.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/1003410685gluec.txt
Kücken, Kai-Uwe
Umweltverträgliche Hochleistungs-Holz-Kunststoff-Verbunde (HHKV). - Ilmenau. - 64 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit, 2017

In dieser Bachelorarbeit wurde die Zweckmäßigkeit des Einsatzes von Biokunststoffen als alternatives Bindersystem für Hochleistungs-Holz-Kunststoff-Verbunde (HHKV) untersucht. In einer ausführlichen Recherche wurden kommerziell verfügbare, sowie in Entwicklung befindliche Biokunststoffe ermittelt, signifikante Herstellungsparameter identifiziert, und potentiell geeignete Biokunststoffe durch ein kriterienbasiertes Auswahlverfahren eingegrenzt. In Vorversuchen wurden prozessrelevante Materialeigenschaften der Binder überprüft. In einem plattenförmigen Werkzeug wurden Kiefernlangholzspäne und biobasierte Binder zu Prüfkörpern zusammengefügt. Werkstoffspezifische Eigenschaften dieser Prüflinge wurden untersucht, und mit denen konventioneller HHKV, sowie ähnlicher Holzspanwerkstoffe verglichen. Zum Abschluss erfolgten eine Gesamtbewertung der erhaltenen Ergebnisse und ein Ausblick zur weiteren Verwendung biobasierter HHKV-Bindersysteme.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/1002279631kueck.txt
Ugarte Díaz, Jorge Alfonso
Preparation and characterization of sputtered hydroxyapatite thin films. - Ilmenau. - 85 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit, 2017

In dieser Arbeit, wurden Hydroxyapatit (HAp) Schichten unter Verwendung von zwei verschiedenen Sputtertechniken hergestellt: Radiofrequenz Magnetronsputtern und Ionenstrahlsputtern. Im erste Fall wurden die Schichten auf Ti-6Al-4V-Substraten unter Verwendung eines hochreinen kommerziellen HAp-Targets gewachsen, wobei eine Dicke von 200 nm erhalten wurde. Für die zweite Herstellungsmethode wurden die Schichten auf reinen Titansubstraten unter Verwendung eines selbst hergestellten HAp-Targets abgeschieden. Dieses wurde aus einem Pulver (Ca/P = 1,628, gesintert und zerkleinert) hergestellt. Die Schichtdicke war hier, nach dem Ionenstrahlsputtern 300 nm. Die Sinterversuche für die Targetherstellung wurde unter Verwendung von zwei verschiedenen Heizregimen bei einer maximalen Temperatur von 1200 ˚C (Haltezeit von 2h und 4h) unter Verwendung von verschiedenen Additiven durchgeführt. Als Additive kamen Wasser (H2O), Polyvinylalkohol (PVA) und Polyethylenglykol (PEG) zum Einsatz, um dis mechanische Festigkeit der Grünkörper zu verbessern. Als Target für das Ionenstrahlsputtern wurde die der gesinterte HAp Körper mit den Herstellparametern: Verdichtungsdruck: 72 MPa; Sintern bei 1200 ˚C für 4h unter Verwendung einer Additivmischung aus PEG und PVA in wässriger Lösung genutzt, da dieses die strukturellen und chemischen Eigenschaften aufweist, die dem Pulver sehr ähnlich sind und eine Sinterdichte von 1.78 g/cm3, was die 56% der theoretischen Dichte (3.156 g/cm3). Die erhaltenen Schichten war in beiden Fällen nach dem Sputtern amorph. Daher wurden auch die Schichten in einem Nachbehandlungsschritt erneut getempert, um die Kristallinität zu erhöhen. Das Tempern wurde in Luftatmosphäre für 2 Stunden bei verschiedenen Temperaturen durchgeführt: 400, 600 und 800 ˚C für RF-Magnetron-Sputterproben; 600 und 800 ˚C für Ionenstrahlsputternproben. Das Ergebnis für die Schichten zeigt in beiden Fällen, dass die Kristallinität von HAp nur für die mit Ionenstrahlsputtern hergestellten getemperten Proben bei 800 C verbessert wurde. In beiden Fällen zeigen die energiedispersiven Röntgenspektroskopie-Messungen eine Verringerung des Ca/P-Verhältnisses mit steigender Temperatur. Die Messung der Härte ergab eine Zunahme dieser mit dem Anstieg der Temperatur möglicherweise aufgrund der Bildung von Titanoxid. Die Rauheit für die mit dem RF-Magnetron-Sputtern hergestellten Schichten steigt bis 600 ˚C an und sinkt dann bis 800 ˚C, während die Rauheit für die mit Ionenstrahlsputtern hergestellten Schichten in den abgeschiedenen Proben höher ist und dann mit steigender Tempertemperatur abnimmt. In beiden Fällen ist es auf die Kristallbildung zurückzuführen, die die Oberfläche glatter machen.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/1002279429ugart.txt