Komplexuntersuchungen an dünnen WOx-Schichten für die Sensorik. - Ilmenau. - 67 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018
In dieser Arbeit werden dünne Wolframoxidschichten hergestellt und ihre Struktur und Eigenschaften für die Verwendung in Gassensoren untersucht. Aufbauend auf vorhergehende Untersuchungen werden die Veränderungen bei kleinen Schichtdickenvariationen betrachtet. Dazu werden zwei Probeserien mit Dicken zwischen 20 nm und 70 nm in 10 nm Schritten hergestellt. Nach dem Aufbringen der Schicht wird Probeserie 2 einem Temperprozess zur Veränderung der Schichtstruktur unterzogen, Serie 1 bleibt unbehandelt. Die Schichten werden durch topographischen (REM) und analytische (XRD, GDOES, VSM) Methoden charakterisiert. Die Ergebnisse sind mit Ergebnissen vorangegangener Arbeiten kaum Vergleichbar. So zeigen die Oberflächenaufnahmen von Serie 2 auffällige Ausscheidungen in Form von runden Punkten, hauptsächlich verteilt an Korngrenzen und gesputterten, thermisch nicht gewandelten Flächen. Diese sind mit den Ergebnissen der XRD und GDOES nicht eindeutig zu identifizieren, unter anderem, da diese nicht vollständig deckende Ergebnisse liefern. So zeigt die Phasenuntersuchung für beide Serien Nachweise für kristalline Bestandteile. Für die Serie 1 ist dies ein entscheidender Unterschied zu bestehenden Forschungsergebnissen, welche bisher auf röntgenamorphe Schichten schließen lassen. Die Ergebnisse der Serie 2 zeigen von monoklinen und orthorhombischen WO3 statt triklinen. Stöchiometrisch soll das WO3 mit Hilfe der Tiefenprofile, aufgenommen mit der GDOES, nachgewiesen werden, was die vorliegenden Ergebnisse jedoch nicht tun. Stattdessen zeigen diese komplex verlaufende Konzentrationen von Wolfram, Sauerstoff und Silizium. Somit liegt Wolframoxid nicht alleinig als Bestandteil der Schicht vor. Diese Abweichungen zeigen ihren Einfluss in den Ergebnissen der Messwerte für die elektr. Eigenschaften der Schichten. Diese liegen deutlich höher als bei bisher gemessenen Werten und lassen sich auf bestehende Modelle nicht plotten. Von diesen Ergebnissen kann als Fazit gezogen werden, dass die Reproduktion auf bestehende Erkenntnisse nicht zwangsläufig auf bestehende Ergebnisse führt. Dies lässt Raum für weitere Forschungen bezüglich der Charakterisierung der Schichten, auch mit weiteren Halbleitermaterialien wie z. B. TiO2 oder SnO2.
Untersuchungen zur Gewinnung von Lithiumhydroxid mittels einer neuartigen Elektrodialysezelle. - Ilmenau. - 90 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018
Diese Masterarbeit befasst sich mit der Charakterisierung und Anpassung einer Elektrodialyseeinheit zur Gewinnung von Lithiumhydroxid aus Lithiumchlorid. Dafür werden zunächst die in der Zelle ablaufenden Prozesse theoretisch betrachtet. Auf der Grundlage von Literaturdaten wird eine Auswertemethode zur Prozessüberwachung mittels Leitfähigkeits- und Temperaturmessungen entwickelt. Die durchgeführten Versuche geben Aufschluss über die einzelnen Elektrolytparameter, insbesondere wird der Zusammenhang zwischen der eingesetzten Ausgangskonzentration und der Energieeffizienz untersucht. Bei einer Stromdichte von 20A/dm wurden Stromausbeuten von 50-60% erreicht, außerdem konnte Lithiumhydroxid bis über die Löslichkeitsgrenze aufkonzentriert werden.
Parameterentwicklung verzugsoptimierter dünnwandiger Bauteile aus nickelaushärtendem Martensitstahl der Klasse 1.2709 für das selektive Laserschmelzen mittels statistischer Versuchsplanung. - Ilmenau. - 129 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018
Mit dem zunehmenden Trend zur Individualisierung von Produkten, kürzeren Produktlebenszyklen und dem Druck der Kostensenkung wird die additive Fertigung zu einer wichtigen Schlüsseltechnologie. Das selektive Laserschmelzen (SLM) ist ein pulverbettbasiertes additives Fertigungsverfahren zur Herstellung metallischer Bauteile. Durch einen schichtweisen Aufbau können Komponenten mit komplexen Geometrien hergestellt werden. Um das Verfahren wirtschaftlicher zu gestalten, muss jedoch die Bauzeit deutlich reduziert werden. Dies kann unter anderem durch eine Steigerung der Schichtdicke sowie über eine Erhöhung der Scangeschwindigkeit und des Spurabstands erreicht werden. Dadurch entstehen jedoch neue Herausforderungen in der Oberflächenqualität sowie im Bauteilverzug. In dieser Arbeit wird der Prozess des selektiven Laserschmelzens für dünnwandige Bauteile (1 - 3 mm Bauteildicke) aus dem Werkstoff 1.2709 dahingehend optimiert. Dafür wird mittels der statistischen Versuchsplanung (DoE) ein Regressionsmodell erstellt und ein optimierter Hatch-Parameter entwickelt. Anschließend werden die Einflüsse verschiedener Energiedichten auf die Oberfläche von Kontur, Up- und Downskin-Flächen untersucht. Zuletzt wird der neue Parametersatz an exemplarischen Bauteilen verifiziert und das Einsparpotenzial durch eine gesteigerte Volumenrate aufgezeigt.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018
Mit Hilfe von numerischen Strömungsberechnungen (Computational Fluid Dynamics) können Aufschmelzvorgänge, die bis heute nur teilweise experimentell nachvollzogen werden können, dargestellt werden. Am Beispiel der Plastifizierung von thermoplastischen Kunststoffen im Einschneckenextruder soll ein numerisches Aufschmelzmodell mit Ansys Polyflow erstellt werden. Ziel soll es sein, anhand dieses Modells genaue Untersuchungen des Aufschmelzvorganges zu ermöglichen. Nach einer Analyse bestehender analytischer und numerischer Aufschmelzmodelle erfolgt die Konzeption eines Aufschmelzmodells in Ansys Polyflow. In dieser werden die benötigten Geometrie-, Prozess- und Materialparameter genau analysiert und hinsichtlich der Auswirkungen von vereinfachten Annahmen diskutiert. Ein besonderes Augenmerk wird dabei auf die Abbildung der Materialdaten sowie des Feststoffbettes, in Form eines hochviskosen Fluids für die numerische Strömungssimulation, gelegt. Anschließend erfolgt die schrittweise Implementierung in Ansys Polyflow sowie die Diskussion der Ergebnisse und auftretender Problemstellungen.
Entwicklung einer Prüfeinrichtung zur eindeutigen Erkennung keramischer Liniensensoren. - Ilmenau. - 57 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Entwicklung einer speziellen Prüfeinrichtung für keramische Liniensensoren zu Temperaturüberwachung. Die SAVELINE® Sensoren der Firma Saveway GmbH & Co. KG sollen je nach ihren unterschiedlichen keramischen Füllungen sicher detektiert werden können. Hierbei ist die Differenz der Impedanz der verschiedenen Keramiken im Hochtemperaturbereich entscheidend. Des Weiteren wird in dieser Arbeit gezeigt, dass die Temperaturveränderung einen großen Einfluss auf die elektrische Leitfähigkeit sowie elektrische Kapazität der SAVELINE® Sensoren hat. Dafür sind die unterschiedlichen keramischen Gefüge und die Zusammensetzung der Sensoren verantwortlich. Außerdem werden in dieser Arbeit Bewertungskriterien zur Konzeptauswahl dargestellt, damit diese Ergebnisse quantitativ analysiert und für die Entscheidung des Prüfstands herangezogen werden können. Schlussendlich wird ein neues Konzept für einen Messplatz erstellt, welches sowohl eine eindeutige Erkennung von drei Sensorarten zeigt als auch in eine praktische Qualitätssicherung umgesetzt werden kann.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018
Einschneckenextruder (ESEx) finden große Anwendung in Verarbeitungsprozessen von Kunststoffformteilen. Wie eine Pumpe gehört das Druck-Durchsatzverhalten zum wichtigen Charakter eines Einschneckenextruders. Das theoretische Verständnis dieses Verhaltens ist bei schmelzedominierten Bereiche (Kompressionszone und Meteringzone) eines ESEx erfolgreich validiert. Für die feststoffdominierten Bereiche (Einzugszone) fehlen die theoretischen Erfassungen dieses Verhaltens wesentlich. Ziel dieser Arbeit ist es, das Druck-Durchsatzverhalten in der Einzugszone von Einschneckenextrudern experimentell zu untersuchen und dieses Verhalten modelhaft zu beschreiben. In der vorliegenden Arbeit wird zuerst auf das theoretische Verständnis über den Massedurchsatz und den Druckaufbau in der Einzugszone für die Feststoffförderung eingegangen. Dabei werden folgende Einflussfaktoren auf den Druckaufbau in der Einzugszone festgestellt und soll experimentell untersucht werden: Steigungswinkel der Schnecke, Schneckenreibung, Kanalhöhe, innere Reibung der Granulate, Nutenanzahl Temperatur, Drehzahl und Lawinenwinkel. Anschließend wird ein Versuchsaufbau konzipiert und umgesetzt. Der neue Versuchsaufbau baut den Druck auf, indem die Einzugszone komplett geschlossen wird. Zur axialen Druckmessung dient eine Kraftmessdose. Schließlich werden die Versuche durchgeführt. Der Druckgradient aus den Messergebnissen wird als der Indikator für den Druckaufbau verwendet. Die Messergebnisse sind zu interpretieren und mit dem theoretischen Modell zu vergleichen.
Regelungsstrategien für den Injektionsprozess im RTM-Verfahren. - Ilmenau. - 87 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018
Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung einer Regelung für die Herstellung eines Faserkunststoffverbundbauteils im RTM-Verfahren. Dadurch sollen sich minimale Porenanteile im gesamten Faserverbund umsetzen lassen. Dafür wird zuerst die Entstehung von Fehlstellen während der Injektion präzisiert. Anschließend werden die Parameter, die dieses Verhalten verursachen, analysiert und in ein Konzept zur Regelung überführt. Es wird ein Versuchsaufbau zur Regelung des RTM-Prozesses entworfen und das Modell in diesem Versuchsaufbau implementiert. Der Versuchsaufbau umfasst die Konstruktion des RTM-Werkzeugs, die Umsetzung von geeigneter Sensorik und die Programmierung der Regelung. Anschließend werden Probekörper mit dem geregelten RTM-Verfahren hergestellt und mit denen des herkömmlichen Verfahrens verglichen, um die Effizienz dieser Strategie aufzuzeigen. Dafür werden der Porenvolumengehalt und optisch-mikroskopische Analysen der Faserkunststoffverbundbauteile für den Vergleich herangezogen.
Verfahrensentwicklung mit anschließender Analyse zur Reduzierung der Faserschädigung bei Hohlkörperstrukturen. - Ilmenau. - 110 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit einer Verfahrensentwicklung zur Herstellung von Hohlkörperstrukturen mit Langglasfaser verstärkten Kunststoffen. Die Intention ist das Zusammenführen von dem Fließpressen und der Gasinjektionstechnik. Durch das Plastifizieren mit offener Anlagendüse wird das Plastifikat geringeren mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt. Mit der daraus resultierenden Faserlängenerhöhung geht eine höhere Porosität des Plastifikats einher. Hierdurch wird die Gefahr des Gasblasenaustrittes gesteigert. Zur Reduzierung der Porosität wird der Gasinjektionstechnik ein Pressverfahren vorausgeschalten. Ziel der Arbeit ist es die Verfahrensidee praktisch umzusetzen sowie die Reproduzierbarkeit der Außenkontur und der Wandstärke zu untersuchen.
Berechnungsmodelle für Faserverbundkunststoffe unter Berücksichtigung von Fertigungsverfahren, Faserart und Faserondulation. - Ilmenau. - 80 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018
Die mechanischen Eigenschaften von Faserverbundlaminaten werden von verschiedenen Faktoren, wie Porengehalt und Ondulationswinkel beeinflusst. Diese Arbeit untersucht den Ursprung von Poren in Faserverbunden und den Zusammenhang zwischen Poren sowie der Faserondulation zur Steifigkeit und Festigkeit endlosfaserverstärkter Mehrschichtverbunde. Dazu wird ein Modell entwickelt, welches ausgehend von Herstellungsparametern im RTM-Prozess, wie Injektionsdruck und Kompressionsdruck den Porengehalt, den Faservolumengehalt, sowie den Ondulationswinkel für Gewebe und Gelege voraussagt. Ausgehend von diesen Laminateigenschaften werden Modelle untersucht, welche die mechanischen Eigenschaften eines Laminats ermitteln. Diese Modelle werden anschließend durch Prüfungen an plattenförmigen Laminaten verschiedener Webart, Faserart und Herstellungsparameter überprüft und angepasst.
Electrical and optical characterization of individual GaAs nanowires with axial pn-junction. - Ilmenau. - 89 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018
GaAs Nanodrähte sind zukunftsweisende Materialen für Anwendungen im Bereich der Solarenergie sowie für Bauteile im Nanometerbereich. Der pn-Übergang innerhalb der Nanodrähte ist für die Leistungsfähigkeit verschiedener Module von zentraler Bedeutung. Ein detailliertes Verständnis der Vorgänge in einem pn-Übergang im Nanobereich ist daher von großem Interesse. Im Rahmen dieser Arbeit wurden einzelne Nanodrähte mit axialem pn-Übergang elektrisch und optisch charakterisiert. Vier-Punkt Messungen im Multi-tip STM ermöglichen die Bestimmung des Widerstandes entlang eines Nanodrahtes mit hoher räumlicher Auflösung. Durch die Anwendung eines Transportmodells wurde die Dotierungskonzentration des n- und p-dotierten Nanodrahtsegmentes berechnet. Zusätzlich wurde die Dotierungskonzentration mithilfe räumlich aufgelösten optischen Messungen wie Mikro-Photolumineszenz (u-PL) und Kathodolumineszenz (CL) untersucht. Die Strom-Spannungs Charakteristik der Nanodraht pn-Übergänge wurde durch vier-Punkt Messungen räumlich aufgelöst ermittelt. Die vier-Punkt Methode ermöglicht die Bestimmung des Widerstandes einzelner Nanodrähte ohne den Einfluss von Kontaktwiderständen. Mithilfe des UHV Transfersystems war eine Charakterisierung der Proben ohne externe Verunreinigung möglich. Die Strom-Spannungskennlinie zeigte im Vergleich zu gewöhnlichen GaAs Dioden einen ähnlichen Verlauf. Jedoch wurde eine starke Anfälligkeit durch auftretende Oberflächenzustände herausgestellt, welche sich durch eine fehlende Passivierung verstärkt ausbilden. Die räumlich aufgelösten elektrischen und optischen Messungen tragen zu einem erweiterten Verständnis von pn-Übergängen im Nanobereich bei und können damit die weitere Entwicklung von Nanodrahtstrukturen unterstützen.