Bachelorarbeiten

Neben Herstellungsfehlern wie Fremdkörpereinschlüssen oder Unregelmäßigkeiten in der Faserorientierung sind Porositäten der am häufigsten auftretende prozessbedingte Bauteilfehler bei der Herstellung von faserverstärkten Kunststoffen. Sie haben einen wesentlichen negativen Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften des Faserverbundbauteils. So verringern sich beispielsweise mit zunehmendem Porenvolumengehalt die Druckfestigkeit und die interlaminare Scherfestigkeit des Faserverbunds. Es existieren zulässige Grenzwerte, in denen sich der Porenvolumengehalt je nach Anwendungsgebiet befinden darf. Dieser Lösungsansatz widerspricht jedoch dem Bestre-ben der Leichtbauphilosophie, nach dem das Potential eines Werkstoffs bestmöglich genutzt werden soll. Mittels geeigneter Prozessvariationen kann auf die Porengeometrie sowie deren Bewegungsverhalten Einfluss genommen werden. Jedoch führen solche Maßnahmen zu einem signifikanten Anstieg der Prozesskosten und beeinträchtigen die Wirtschaftlichkeit des Herstellungsverfahrens wesentlich. Diese Arbeit befasst sich mit drei Lösungsansätzen zur Reduzierung des Fehlstellen-gehalts in Faserverbundbauteilen und beurteilt diese hinsichtlich energetischer und wirtschaftlicher Kriterien. Untersucht wurde der Einfluss von nachgelagerten Prozessschritten, wie Nachdruck, einer Erhöhung der Werkzeugkompression und eines Spülvorganges auf das Verhalten von Poren. In verschiedenen Versuchsreihen wurden schrittweise Variationen der Prozessparameter hinsichtlich ihres Einflusses auf den Fehlstellengehalt untersucht. Die Auswertung der Versuchsreihen erfolgte über optische und physikalische Methoden. Nach der optischen Beurteilung der hergestellten Bauteile mittels Digitalmikroskop und der Auswertung von Mikroskopaufnahmen anhand von Histogrammen wurde eine Veraschung zur Bestimmung des Porengehalts der Probekörper durchgeführt. Es hat sich gezeigt, dass ein definierter und konstanter Nachdruck von 3 bar den Fehlstellengehalt in Glasfaserverbunden erheblich reduziert. Bei Nachdruckstufen oberhalb von 3 bar zeigt sich jedoch wieder ein erhöhter Fehlstellengehalt. Mittels der durchgeführten Versuche zu einer erhöhten Werkzeugkompression und Spülvorgängen konnte kein verbessertes Fehlstellenbild erzeugt werden.

Faserverstärkte Kunststoffe sind vielseitig einsetzbare Leichtbau-Werkstoffe, die gute mechanische Eigenschaften mit einer geringen Dichte kombinieren. Neben duroplastischen Harzsystemen erlangen auch thermoplastische Kunststoffmatrizes immer mehr an Bedeutung, da sie im Gegensatz zu Duroplasten ein Umformen nach der Herstellung ermöglichen. Eine Möglichkeit zur Herstellung endlosfaserverstärkter Thermoplaste, sogenannter Organobleche, ist das Verpressen von Faserhalbzeugen mit aufgeschmolzenen Kunststofffolien, auch Film-Stacking genannt. In dieser Arbeit soll der Einfluss verschiedener Materialien und verschiedener Herstellungsparameter auf die Qualität von Organoblechen untersucht werden. Mit Folien aus Polypropylen, Polylactid, Polyethylenterephthalat und Polycarbonat werden Organobleche bei unterschiedlichen Herstellungsparametern hergestellt und anschließend deren Faser- und Porenvolumenanteile bestimmt. Die Ergebnisse werden ausgewertet und ihre Abhängigkeit zu verschiedenen Parametern wird grafisch dargestellt.

Ziel dieser wissenschaftlichen Arbeit ist es, die Machbarkeit der Einbringung von Sensorik in Organoblech-Halbzeuge zu überprüfen. Dadurch soll die Möglichkeit gegeben werden, intelligente faserverstärkte Bauteile bereits in der Halbzeugproduktion und der anschließenden Umformung herzustellen. Hierfür erfolgt eine Recherche und Berechnung der notwendigen Prozessparameter und deren Dokumentation ins Lastenheft. Auf dieser Basis wird eine Auswahl an zu testenden Sensoren getroffen. Nachfolgend sollen die verschiedenen Sensoren auf Anwendbarkeit hinsichtlich Temperatur, Druck, Messgenauigkeit und Möglichkeit der Weiterverarbeitung geprüft werden. Es werden die Auswirkungen der beeinflussenden Prozessparameter gegenüber den ausgewählten Sensoren mit Hilfe eines Versuchsplans erfasst und durch Messreihen die maximalen Betriebspunkte der Sensoren ohne deren Schädigung ermittelt. Danach wird ein Konzept entworfen, bei welchem die Einbringung der ausgewählten Sensoren sowohl im Herstellungsprozess vor der Kalandrierung als auch im Umformprozess des FVK-Halbzeugs untersucht werden können. Nach der Integration der Sensoren erfolgen Kontrollmessungen, die Messergebnisse werden mit den Eingangsmessungen verglichen und die Auswirkung der Einarbeitung erfasst. Abschließend ist, bei erfolgreicher Einbringung eine Strategie zur automatisierten Sensorzuführung für die industrielle Einarbeitung im Herstellungsprozess mit Blick auf verschiedene Anlagenkonzepte zu entwickeln.

Soft UV-Nanoimprint Lithografie (Soft UV-NIL) ist eine bekannte Lithografie Technik, die sich durch ihre relativ einfache Implementierung auszeichnet und leicht nachträglich an Geräte angebracht werden kann. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit den Herausforderungen bei der Herstellung von Strukturen auf einem Spin Coated Wafer mittels Soft UV-NIL mit einem selbst gebauten NIL Gerät, welches über drei Achsen und einen Kraftsensor verfügt. Hierbei werden verschiedene Einflüsse auf die resultierenden Strukturen experimentell untersucht. Es wurde sowohl die zeitliche Nutzbarkeit des verwendeten Resists AMONIL MMS4, als auch der Einfluss der verwendeten Imprint-Kraft auf die resultierende Strukturhöhe getestet. Dabei zeigte sich das der Resist bis zu 90 min nach dem Auftragen nutzbar blieb. Die Ergebnisse zeigen, dass besonders der Einfluss der parasitären Eigenschaften, die durch das Verwenden von UV-Licht (Radiation Bleed) entstehen und den Abstand zwischen Imprints für späteres Stitching limitiert. Hierbei wurde getestet, ob mit einer geringeren UV Dosis der Abstand verringert werden kann, was bei dem selbstgebauten Gerät erfolglos blieb. Des Weiteren zeigte die Untersuchung der parasitären Effekte, dass diese richtungsabhängig sind und berücksichtigt werden müssen.

In dieser Arbeit wurden zwei auf Si(100):As-Oberflächen, mit einer Fehlorientierung von 0.1&ring; in <111>-Richtung aufgewachsene GaP Schichten, mit den Dicken 5 nm und 10 nm detailliert mittels Rastertunnelmikroskopie untersucht. Dabei wurden insbesondere die Antiphasendomänen und Antiphasengrenzen abgebildet und analysiert. Zunächst konnte die P-reiche (2×2)/c(4×2) Oberflächenrekonstruktion mit atomarer Auflösung nachgewiesen werden. Ebenfalls konnte das Dimer-flipping, ein Wechsel der Dimerverkippung, an mehreren Stellen beobachtet werden. Weiterhin konnten verschiedene Formen und Größen von Antiphasendomänen gefunden werden. Die meisten Antiphasendomänen sind in ihrer Ausdehnung parallel zu den Stufenkanten größer als senkrecht dazu. Auf der einen Seite ist ihre Grenze typischerweise gerade, auf der anderen Seite unregelmäßig und konvex. Dies lässt vermuten, dass die Antiphasen immer dort entstehen, wo entlang der Stufenkanten des Substrats auf dem Substrat Reste der Minoritätsdomäne verblieben waren. Des Weiteren wurden an vielen Stellen Gräben parallel zu den Stufenkanten des Substrats gefunden. An vielen Stellen befanden sich kleine Antiphasendomänen innerhalb solcher Gräben. Darauf aufbauend ergibt sich die Vermutung, dass es sich bei den Gräben um Residuen darunterliegender vergrabener Antiphasendomänen handelt. Zuletzt konnte ein Modell des Antiphasenübergangs erstellt werden. Der Übergang zwischen den Domänen kann demnach, mit Ausnahme der homopolaren Ga-Ga bzw. P-P Bindung, ohne weitere Defekte erfolgen. Allerdings tritt diese idealisierte Grenze bei den beobachteten Antiphasengrenzen nur an wenigen Stelle in dieser Form auf. Tatsächlich sind an den meisten APBs zahlreiche Defekte und unregelmäßige Verläufe zu beobachten.