Charakterisierung von Metallpulvern für den SLM-Prozess unter Berücksichtigung der Wiederverwendbarkeit. - Ilmenau. - 107 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2019
Das Hauptthema dieser Bachelorarbeit ist es die Wiederverwendbarkeit von AlSi10Mg-Pulver für den additiven Fertigungsprozess zu untersuchen. Dazu wurde ein SLM-Drucker der Firma EOS verwendet. Neben der Versuchen zur Wiederverwendung des Pulvers wird auch untersucht, wie sich eine hohe Luftfeuchtigkeit bei der Lagerung auf das Pulver auswirkt. In beiden Fällen werden Proben aus dem Pulver hergestellt und auf ihre mechanischen Eigenschaften untersucht. Für die Wiederverwendungsversuche wird eine neue Charge an Pulver verwendet. Nach jeder Probenherstellung wird das Pulver abgesaugt und mit einem 90 [my]m Sieb gesiebt und für die nächste Bauteilherstellung verwendet. Dieser Vorgang wurde 25-mal wiederholt. Es wurden Zugstäbe, Kerbschlagproben und kleine Würfel zur Dichtebestimmung hergestellt. Auf den Kerbschlagproben wurde außerdem noch die Rauigkeit bestimmt. Nach jeder Bauteilherstellung wurde außerdem noch das Pulver charakterisiert. Zuerst wurde das die Fließfähigkeit- und Schüttdichte bestimmt. Die Partikelgrößenverteilung wurde durch 4 verschiedene Verfahren bestimmt. Mit Hilfe des Raster Elektronen Mikroskop (REM) und des Computerized Inspection System (CIS) wurden alle Pulverproben ausgewertet. Die Computer Tomography wurde nur an einer Probe durchgeführt. Die Laserdiffraktometrie wurde an 2 Proben angewandt. Um den Einfluss der Feuchtigkeit zu analysieren wurde eine neue Pulvercharge verwendet, um keine anderen Einflüsse mit einzubeziehen. Das Pulver wurde dann in einer Klimakammer gelagert. Eine Probe bei 90% relativer Luftfeuchtigkeit für einen Tag und eine andere Probe für 4 Tage bei 95% relativer Luftfeuchtigkeit. Im Anschluss daran wurden dieselben Proben wie bei der Pulverwiederverwendung hergestellt und ihre mechanischen Eigenschaften wurden untersucht.
Experimentelle Untersuchung der Wiederverwertungsoptionen von Biokunststoffen. - Ilmenau. - 50 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2019
Diese Arbeit befasst sich mit Beeinträchtigungen der Kaskadennutzung von Biokunststoffen durch Degradationseffekte sowie Maßnahmen zur Erhaltung der Eigenschaften. Es werden die Auswirkungen einer Mehrfachverarbeitung des Biokunststoffs Poly(β-hydroxybutyrat-co-β-hydroxyvalerianat) (PHBV) auf mechanische, thermische und rheologische Eigenschaften unter-sucht. Dazu werden in Vergleichsmessungen nach jedem Recyclingzyklus an spritzgegossenen Prüfkörpern Messungen der Zugfestigkeit, des Elastizitätsmoduls, der Bruchdehnung, der Schlagzähigkeit und des Schmelzeflussindex (MFI) durchgeführt sowie deren Veränderungen analysiert. Zur Erklärung der gemessenen Kennwerte werden zusätzlich Daten aus Differenzka-lorimetrie (DSC) und Thermogravimetrie (TGA) herangezogen. Die Ergebnisse zeigen die Wie-derverwertungsmöglichkeiten des Biokunststoffes auf und ermöglichen Empfehlungen für die Verarbeitung von PHBV.
Charakterisierung des spezifischen elektrischen Widerstandes von Au-Dünnschichten während des Entnetzens. - Ilmenau. - 39 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2019
Das Entnetzen dünner Schichten ist einer der Hauptgründe für das Versagen elektronischer Komponenten auf Dünnschichtbasis. Aus diesem Grund haben wir in dieser Arbeit die Entwicklung des spezifischen elektrischen Widerstands von Gold-Dünnschichten während des Entnetzens im festen Zustand untersucht. Dafür wurden Dünnschichten (50 nm) aus Gold (Au) auf Siliziumdioxid (SiO2) Substraten nach einander unterschiedlich lang bei drei Temperaturen getempert. Die Messungen erfolgten nach jedem des Prozesses ex situ mit verschiedenen Methoden, um der Entwicklung zu folgen. Es wird aufgezeigt, wie sich die Morphologie der Au-Dünnschichten während des Entnetzens verändert und welchen Einfluss dies auf den spezifischen elektrischen Widerstand hat. Bekannte Mechanismen des Entnetzens im festen Zustand werden für die Erklärung des Beobachteten genutzt.
Homogenität der elektrischen und optischen Eigenschaften von großflächig, mittels RF-Sputtern abgeschiedenen ITO-Schichten. - Ilmenau. - 100 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2019
In der vorliegenden Arbeit konnte das RF-Sputtern als Beschichtungstechnologie für großflächige ITO-Schichten auf Glassubstraten am Fraunhofer-Institut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP etabliert werden. Mit der dynamischen Abscheidung ist es möglich, ITO-Schichten bis zu einer Substrathöhe von circa 440 mm homogen herzustellen. Der spezifische elektrische Widerstand einer ungetemperten Probe liegt bei 4,5&hahog;10-4 [Omega]cm ±7% bei einer Schichtdicke von 135 nm ±3,5%. Die Beschichtung wurde bei einem Arbeitsdruck von 0,1 Pa, einer Wirkleistung von 1,5 kW und einem Sauerstoffgehalt von 0,58 % des Gesamtgasflusses durchgeführt. Die ungetemperten, RF-gesputterten Schichten zeigen eine höhere elektrische Leitfähigkeit und einen geringeren Extinktionskoeffizienten als ITO-Schichten der Standard-DC-Abscheidung des Fraunhofer FEP. Die Prozessdauer der RF-Abscheidung übersteigt die einer DC-Abscheidung deutlich, da die dynamische Abscheiderate, je nach Arbeitsdruck und Wirkleistung, für den RF-Prozess um den Faktor vier bis sieben niedriger ist. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass das Verhältnis isolierender und leitfähiger Oberflächen in der Beschichtungskammer maßgeblich die Eigenschaften des RF-Plasmas beeinflusst. Weiterhin wurde festgestellt, dass bei der thermischen Nachbehandlung großflächiger RF-gesputterter ITO-Schichten im Vakuum andere Effekte auftreten als bei der Nachbehandlung großflächiger ITO-Schichten aus DC-Prozessen. Bei der Temperung RF-abgeschiedener Schichten sinkt die Homogenität der elektrischen Schichteigenschaften. Je nach untersuchtem Schichtbereich wurden höhere, niedrigere, aber auch nahezu unveränderte spezifische elektrische Widerstände als vor dem Temperprozess ermittelt. Es ist zu vermuten, dass die Inhomogenität bereits nach der Abscheidung vorliegt und durch die thermische Nachbehandlung verstärkt wird. Um diese Aussage zu bestätigen, müsste die Schicht hinsichtlich ihrer strukturellen Eigenschaften und ihrer chemischen Zusammensetzung weiter untersucht werden.
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2019
In dieser Arbeit wurde die Formierung von Hoch-Entropie-Legierungen aus dünnen Mehrschichtsystemen untersucht. Das Ziel war herauszufinden, ob aus diesen Mehrschichtsystemen Hoch-Entropie-Legierungen werden und wie diese aussehen würden. Zusätzlich wurde der Einfluss von Cu auf die AlFeCrNi Hoch-Entropie-Legierung untersucht. Dafür wurden zwei Arten von Proben erstellt: AlFeCrNi und AlFeCrNiCu. Die Schichtdicke der einzelnen Schicht wurde so kalkuliert, dass die resultierenden Legierungen äquiatomare Zusammensetzung besitzen. Um die Proben zu erzeugen wurden Si (111) Wafer durch Magnetron Sputtern beschichtet. Diese Proben wurden dann bei unterschiedlichen Zeiten (1 bis 5 Minuten) und Temperaturen (400 ˚C bis 1000 ˚C) geglüht. Die geglühten Proben wurden mithilfe von XRD, SEM und EDX untersucht. Obwohl die Proben nicht äquiatomare Zusammensetzung besitzen, so konnte doch die Formierung von Hoch-Entropie-Legierungen festgestellt werden. Der Al-Gehalt (7.54 at-%) war, im Vergleich zum Cr oder Ni-Gehalt (35.57 und 36.85 at-%), für die AlFeCrNi Proben sehr gering. Die gebildeten Phasen bestanden aus einer krz Phase und entweder einer kfz Phase oder einer B2 Phase. Aufgrund des Cu-Gehaltes besaß die kfz Phase der kupferhaltigen Proben einen signifikant größeren Gitterparameter als die kfz Phase der kupferlosen Proben. Die Formierung der Hoch-Entropie-Legierungen hat für die kupferlosen Proben zwischen 400 ˚C und 600 ˚C stattgefunden. Für die kupferhaltigen Proben findet die Bildung der Hoch-Entropie-Legierung unter 400 ˚C statt. Im Gegensatz zur Erwartung, dass die Hoch-Entropie-Legierung bei höheren Temperaturen stabiler ist, haben sich bei 1000 ˚C für die kupferlosen und 800 ˚C für die kupferhaltigen Proben, intermetallische Verbindungen gebildet. Die intermetallischen Proben waren hauptsächlich CrSi2, AlNi3 und Al4Cu9. Die Phasenseparation und die intermetallischen Verbindungen sind auf den SEM und EDX Aufnahmen sichtbar.
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2019
Um die Qualität ihrer Stranggussprodukte zu erhöhen, hat die Georgsmarienhütte mechanische Softreduction in ihren Fertigungsprozess integriert. Es handelt sich um ein Verfahren, bei dem der Strangquerschnitt reduziert wird, während der Stahl noch nicht völlig erstarrt ist. In dieser Arbeit sollte der Einfluss der mechanischen Softreduction auf die Stahlgüten 100CrMnSi6-4 (1.3520), 100Cr6 (1.3505) und 25MoCrS4 (1.7326) untersucht werden. Augenmerk lag vor allem auf Seigerungserscheinungen, Porosität, Versatz der metallurgischen Mitte und der Carbidausbildung. Dabei wurde festgestellt, dass der Bereich, in dem mechanische Softreduction angewendet wird, erheblichen Einfluss auf die Effektivität des Verfahrens hat. Wurde mechanische Softreduction bei zu hohem oder niedrigen Flüssigphasenanteil angewendet, so konnten Innenrisse oder negative Mittenseigerung beobachtet werden. Bei der gut parametrierten Anwendung von mechanischer Softreduction wurden Verbesserungen der Mittenseigerung, Kern- und Mikroporosität erkannt. Bezüglich der Carbidzeiligkeit und -netzwerke war kein signifikanter Unterschied durch die Anwendung des Optimierungsprozesses zu erkennen. Der Anteil an Primärcarbiden im Vorblock fiel durch die Anwendung von mechanischer Softreduction oft geringer aus. Der Mittigkeitsversatz konnte minimiert werden. Weitere Versuche sind noch nötig, um negative Mittenseigerung und Innenrisse zu vermeiden und die Porosität des Materials weiter zu verringern.
Luftgekoppelte Ultraschallspektroskopie für die Polymercharakterisierung. - Ilmenau. - 102 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2019
Im Rahmen der vorliegenden Bachelorarbeit wurde der Einsatz der luftgekoppelten Ultraschallspektroskopie für die Materialcharakterisierung von Polymerproben experimentell untersucht. Die bisherige Ultraschallspektroskopie beschränkte sich auf die Kontakt- und Tauchtechnik. Die Methode der Luftankopplung wurde dagegen weitestgehend vernachlässigt. Die luftgekoppelte Ultraschallspektroskopie stellt eine zerstörungsfreie, kontaktlose Alternative zu der Kontakt- und Tauchtechnik in der Werkstoffprüfung und Materialcharakterisierung dar. Die Untersuchungen wurden in einer Transmissionsanordnung durchgeführt. Bei dieser Anordnung wird zur Materialcharakterisierung der transmittierte Schall mit und ohne Probe detektiert und ausgewertet. Aus den detektierten Signalen werden die Übertragungsfunktionen von Schallwandlern und Luftstrecke eliminiert. Das erlaubt eine Aussage über die akustischen Eigenschaften einer Probe. Durch die Auswertung von den erhaltenen Amplituden- und Phasenspektren können Parameter wie die Dickenresonanz, die Phasengeschwindigkeit der quasilongitudinalen Schallwellen und die akustische Dämpfung der Probe bestimmt werden. Aus der Dickenresonanz sind Materialeigenschaften wie die Dichte, die Schallgeschwindigkeit, die akustische Impedanz und der Transmissionskoeffizient ermittelbar. Für die Untersuchungen wurden quasi-homogene Polymerproben und additiv gefertigte Polymerproben verwendet. Die additiven Proben wurden dabei mittels Schmelzschichtungsverfahren gefertigt. Diese sogenannten "Füllgradproben" weisen im Inneren eine Leichtbaustruktur in Honigwabenform auf, welche vom Füllgrad abhängig ist. Die kontrollierte Änderung der inneren Struktur, durch die Variation des Füllgrades und den damit verbundenen geringeren Materialeinsatz, hat auch eine Änderung der akustischen Eigenschaften zur Folge. Der erarbeitete theoretische Ansatz wurde experimentell untersucht und validiert.
Herstellung und Festigkeitsuntersuchung an gebogenen Glaskapillaren. - Ilmenau. - 64 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2019
In dieser Arbeit wurde das Biegeverhalten von Kapillaren aus Borosilkatglas 3.3 untersucht. Hierfür wurden Kapillare mittels des Draw-Down-Prozesses aus einer Preform mit 3mm Außen- und 1,6 mm Innendurchmesser am Faserziehturm gezogen. Die Preform sollte auf die definierten Außendurchmesser 2 mm; 1 mm; 0,3 mm; 0,2 mm und 0,1 mm verzogen werden. Außerdem wurden industriell hergestellte Kapillare mit einem Außendurchmesser von 2 mm gekauft, welche eine dünnere Wandstärke als die Selbstverzogenen hatten. Die Dimensionen der größeren Kapillare wurden mittels eines Auflichtmikroskops untersucht. Es wurde ein eigener 3-Punkt-Biegeversuch entwickelt, mit der die Durchbiegung der Kapillare sowie die dafür benötigte Kraft gemessen wurde. Daraus wurden das E-Modul $E$, die Biegefestigkeit $\sigma_{b}$, der kleinstmögliche Biegeradius $R_b$ sowie die Biegedehnung $\epsilon_b$ berechnet. Für die kleineren Durchmesser wurde der Biegeradius direkt gemessen. Die Kapillare $\geq$ 1 mm wurden in einem Ofenprozess auf die Form von Kreisbögen mit dem Radius 5 cm umgeformt und ihre Fähigkeit zur Rückbiegung wurde untersucht. Die erreichten Biegedehnungen liegen für die Kapillare unterhalb von 1 \%. Die Biegespannungen liegen im Bereich von 400 MPa. Der E-Modul Literaturwert für Borosilikatglas von $\approx$ 60 GPa wurde erreicht. Schlüsselworte: Borosilikatglas 3.3, Glasfaser, lineare Biegetheorie, Biegeversuch, mechanische Eigenschaften, Temperaturbehandlung
Untersuchungen zum Korrosionsverhalten von Floatglas im Tropftester unter Einfluss eines Glasschutzmittels. - Ilmenau. - 64 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2019
In dieser Arbeit wird eine Schutzschicht für Glas untersucht, um den Einfluss von Glaskorrosion zu reduzieren. Ein im Spülmaschinenbereich existierendes Glasschutzmittel wird dafür auf eine mögliche Nutzung zum Reinigen von Fensterscheiben untersucht. Das Schutzmittel basiert auf einem Zn-Bi-Phosphatglas das zur Erzeugung der Schutzschicht in DI Wasser aufgelöst und Floatglas in dieser Lösung gelagert wird. Durch die Verwendung eines Kratztesters wird das Verhalten beim Reinigungsprozess simuliert. Die behandelten Glasproben werden in einem experimentellen Bewitterungsapparat für bis zu 24 Stunden mit synthetischem, saurem Regen betropft. Die Proben werden in mehreren Abschnitten des Versuchsablaufs auf ihre Oberflächenrauheit, Konaktwinkel zu Wasser und Streulichteigenschaften überprüft. In verschiedenen Testreihen werden behandelte Luft- und Badseiten der Floatglasproben verglichen. Es werden weiterhin variierende Beschichtungszeiten und Oberflächenrauheiten untersucht. Der Fortschritt der Degradation wird mit lichtmikroskopischen Untersuchungen anschaulich belegt. Die optischen Veränderungen der Glaskorrosion sind bei einer Bewitterungszeit von bis sieben Stunden noch einfach entfernbar. Bewitterungszeiten über sieben Stunden erzeugen schwer oder nicht entfernbare Veränderungen auf der Oberfläche. Floatglas kann nach nur 24 Stunden unter synthetischen, sauren Regen eine messbare Rauheit von bis zu 500 nm aufweisen\\ Das Augenmerk soll mit dieser Arbeit auf die möglichen Folgen von durch Regen verursachte Glaskorrosion gelegt werden. Ein Großteil von wissenschaftlicher Arbeiten zur Glaskorrosion beschäftigt sich ausschließlich mit der Problematik des Wassereinbruchs in Atommüllendlager. In dieser Arbeit wird gezeigt, dass Regen ebenfalls drastische Veränderungen an Glas erzeugen kann und einfach aufzubringende Schutzschichten besser untersucht werden sollten.
Herstellung und Charakterisierung magnetostriktiver Co-Fe-Legierungsschichten aus gesputterten Mehrlagenschichten. - Ilmenau. - 41 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2018
In dieser Bachelorarbeit wurde eine CoFe Legierung aus gesputterten Mehrlagenschichten mit anschließendem Tempern durch schnelle thermische Bearbeitung (RTP) für eine spätere Verwendung in einem Sensor zur Detektion von magnetischen Feldern hergestellt. Die Auswahl der CoFe Legierung wurde aufgrund der guten magnetostriktiven Eigenschaften gewählt. Nach Untersuchungen von Hunter et al. und Nakajima et al. weisen Legierungen mit der Zusammensetzung von 66 at. % Co und 34 at. % Fe die besten magnetostriktiven Eigenschaften bei Vorliegen einer kubisch flächenzentrierten Mischkristallphase auf. Ausgehend davon, wurden Proben mit dem gleichen Verhältnis als Mehrlagenschichtsysteme mit einer Gesamtschichtdicke von 500 nm hergestellt. Abwechselnd wurde eine einzelne Co und eine einzelne Fe Schicht aufgetragen. Durch eine Variation der einzelnen Schichtdicken bei gleichem CoFe Verhältnis wurde der Einfluss der Einzelschichtdicke auf die mechanischen Eigenschaften, die Phasenzusammensetzung und das Deformationsverhalten untersucht. Weiterhin wurde der Einfluss verschiedener RTP Temperaturen auf diese Aspekte untersucht. Die Ermittlung der mechanischen Kennwerte erfolgte durch eine Eindringprüfung nach der DIN EN ISO 14577-(1-4) mit einem Vickersindenter. Die Phasenanalyse wurde durch Röntgendiffraktometrie mit streifendem Einfall durchgeführt. Für die Untersuchung des Deformationsverhaltens wurden Aufnahmen der Probe durch Rasterelektronenmikroskopie erstellt. Die oben genannte Mischkristallsphase konnte für verschiedene Parameterkonfigurationen hergestellt und durch XRD nachgewiesen werden. In Bezug auf die Abhängigkeit der mechanischen Eigenschaften zeigte sich eine Zunahme der Härtekennwerte für kleinere Einzelschichten. Mit zunehmender RTP Temperatur wurden sinkende Härtekennwerte gemessen.