Herstellung und Ermittlung mechanischer Eigenschaften von CNT-verstärktem Aluminiumschaum. - 92 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2014
Leichtbau gewinnt in vielen Bereichen, wie z.B. in der Automobilindustrie oder im Flugzeugbau, immer mehr an Bedeutung. Metallschäume sind damit ein optimales Material um im Leichtbau einen großen Fortschritt zu erlangen. Ziel dieser Arbeit ist es, Kohlenstoff-Nanoröhren in die Metallschäume zu integrieren und somit die bereits guten Eigenschaften der in dieser Arbeit verwendeten Aluminiumschäume weiter zu verbessern und neue Eigenschaften hervorzubringen. Hierzu werden die Legierungsbestandteile der Schäume in Pulverform mit den CNT's in einer Kugelmühle vermischt. Anschließend wird das gemischte Pulver heißgepresst und der daraus entstehende Pressling aufgeschäumt. Das Pulver wird vor dem Pressen einer Partikelanalyse unterzogen um den Partikelzustand nach verschiedenen Mahldauern zu betrachten und zu untersuchen. Der Pressling wird auf Risse und die Partikelzusammensetzung untersucht und somit wird auf die Schäumbarkeit des Presslings geschlussfolgert. Bei dem Schaum wird das Gefüge analysiert und es wird nach Gründen gesucht für misslungene Schäumversuche. Des Weiteren werden die Presslinge und die Schäume, welche CNT's enthalten, auf dessen Verteilung geprüft. Am Ende der Arbeit wird dargelegt welchen Effekt verschiedene Parameter der Kugelmühle, als auch verschiedene Pulverzusätze, wie z.B. das PCA, auf den Schaum haben.
Glättung von Oberflächen fotostrukturierter Glasbauteile für optische Anwendungen. - 98 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2014
Fotostrukturierbare Gläser erlauben die Herstellung optisch transparenter Mikrosysteme für verschiedene Anwendungen mittels Lithografie im Maskaligner. Die Anwendungsmöglichkeiten reichen von Mikrofluidikkanälen für Lab-on-a-Chip-Anwendungen bis hin zu mehrschichtig aufgebauten, dreidimensionalen Bauteilen. Ein Vertreter letzterer Gruppe ist ein Aerosol-Druckkopf, der zur in-situ Untersuchung der Aerosolbildung optisch transparente Seitenwände benötigt. Die vorliegende Arbeit untersucht im Hinblick auf diese Anwendung Möglichkeiten, die Transparenz der Seitenwände fotostrukturierter Glasbauteile aus FS21, einem fotostrukturierbaren Glas, zu steigern. Bei der Fotostrukturierung entstehen prozessinhärent Rauheiten auf ausgezeichneten Glasoberflächen. Um die Bauteile optisch nutzen zu können müssen daher diese Rauheiten beseitigt, und die Oberflächen geglättet werden. Zu diesem Zweck werden verschiedene in der Literatur beschriebene Methoden zum Glätten von Glasoberflächen diskutiert und evaluiert. Anschließend wird ein nasschemischer Ätzprozess mit Flusssäure vorgeschlagen, der zum Glätten von Glasoberflächen eingesetzt werden kann. Dazu wird der Ätzangriff der Ätzlösung durch eine Strömung anisotrop gestaltet. Die praktische Umsetzung und Evaluierung des Prozesses schließen diese Arbeit ab. Es werden Glättungseffekte um bis zu 25% für Ra, sowie 65% für Rz und 38% für Rt erzielt.
Methodik zur Erstellung einer Innovationsstrategie und Branchenroadmap. - 65 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2014
Rentabilität und Wachstum von Unternehmen sind Grundvoraussetzungen für den Wohlstand von Wirtschaftsregionen. Stetig steigender Wettbewerb in etablierten Märkten schmälert die Gewinnmar-gen, wodurch die Rentabilität gesenkt und das Wachstum von Unternehmen verhindert wird. Prozessinnovationen führen zu einer Senkung der Produktionskosten und somit zu einer Erhöhung der Gewinnmargen. Die Senkung der Produktionskosten ist jedoch nur begrenzt möglich. Mithilfe von Produktinnovationen können neue Wettbewerbssituationen geschaffen werden, wodurch sich Unternehmen dem immer größer werdenden Druck des bestehenden Wettbewerbs entziehen können. Innovationen sind mit einem hohen Maß an Unsicherheit verbunden und erfordern von Unternehmen die Fähigkeit, Innovationen umsetzen zu können. Sowohl das Risiko als auch der mit Innovationen verbundene Aufwand stellt vor allem kleine und mittelständische Unternehmen vor große Herausforderungen. Durch Kooperationen mit anderen Unternehmen, F&E-Instituten und Bildungseinrichtungen können die Risiken und der Aufwand gesenkt werden. Erfolgt die Steuerung der Kooperationen innerhalb eines regionalen Branchennetzwerkes, profitiert davon nicht nur das einzelne Unternehmen, sondern auch die Region in welchem sich das Branchennetzwerk befindet. Denn erfolgreiche Innovationstätigkeiten beeinflussen die Höhe der Steuerabgaben und schaffen Arbeitsplätze. In dieser Arbeit werden theoretische Modelle zur Strategieplanung und -umsetzung untersucht und darauf aufbauend eine Methodik entwickelt. Durch Anwendung der Methodik können Trendentwicklungen, der Aktivitätsbedarf der Branche sowie das ressourcen- und marktbezogene Innovationspotential von Technologien mit in die Generierung von Innovationsprojekten einfließen. Die Methodik sieht in einem ersten Schritt das Erstellen einer Technologieroadmap auf Branchenebene vor, die anschließend zur Unterstützung der Strategiebildung und -umsetzung angewendet werden kann. Zu dieser Methodik wurden Schulungsunterlagen erstellt, anhand derer Mitarbeiter von Unternehmen geschult werden können.
Herstellung sowie Charakterisierung von ZnO:Al-Schichten in Anwendung auf III-V Halbleiterstrukturen. - 116 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2014
Undotierte sowie aluminiumdotierte Zinkoxid-Schichten (ZnO und ZnO:Al) wurden mit einer Rezeptstruktur nach dem Vorbild der Atomlagenabscheidung (ALD) in einer Anlage für metallorganische Gasphasenprozesse (MOCVD) auf Glas- und Saphirproben hergestellt. Die strukturellen, stöchiometrischen, optischen und elektrischen Eigenschaften der Schichten wurden in Abhängigkeit zum Aluminiumgehalt von 0 at.% bis 5 at.%, zur ALD-Superkreisanzahl von 10 bis 40 und zur Wachstumstemperatur von 200 ˚C bis 225 ˚C untersucht. Zur Abschätzung der Qualität und Zweckmäßigkeit des neuartigen Wachstumprozesses der Schichten erfolgte ein umfassender Vergleich mit etablierten Herstellungsverfahren. Für einen Aluminiumgehalt von 2% und einer Wachstumstemperatur von 225 ˚C ergaben sich die besten Eigenschaften für eine optoelektronische Anwendung der selbst gewachsenen ZnO:Al-Schichten mit einem spezifischen Widerstand von 1,6*10E-3 [Omega]cm, einer effektiven Nettodotierung von 2,6*10E20 cm -3 einer Mobilität von 15,2 cm^2 /Vs und einer Transmission über 80%. Die Beschichtung von dreidimensionalen III-V Halbleiterstrukturen mit ZnO:Al als Frontkontakt stand ebenfalls im Fokus dieser Arbeit. Die Untersuchung des dreidimensionalen Schichtwachstums mit einem Hinterschnittexperiment zeigte eine porenfreie und homogene Benetzung der gesamten strukturierten Oberfläche sowie eine Winkeltreue der ZnO:Al-Schichten von 0,74. Weitere Abscheidungen auf schwarzem Silizium und auf Nanodrähten aus Galliumarsenid weisen in den Bildern der Rasterelektronenmikroskopie ein erfolgreiches dreidimensionales Wachstum auf, was die Nutzung der ZnO:Al-Schichten als Frontkontakt bestätigt.
Entwicklung einer innovativen Befestigungslösung mit einem auf die Verwendung in der Luftfahrt optimiertem Eigenschaftsprofil unter Zuhilfenahme von Geometrieoptimierungsverfahren. - 111 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2014
Wie in allen Bereichen des Transportwesens hat auch in der Luftfahrt die effiziente Nutzung der eingesetzten Energie Priorität. Der für die Fortbewegung notwendige Energiebedarf und der daraus resultierende Schadstoffausstoß werden direkt durch die Masse des Luftfahrzeuges beeinflusst. Diesem Zusammenhang folgend werden große Anstrengungen in der Entwicklung unternommen, um die Masse zukünftiger Flugzeuge deutlich zu senken. Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung eines neuartigen Verbindungselementes unter Beachtung der in der Luftfahrt bestehenden Anforderungen. Dazu wurden verschiedene Lösungsansätze entworfen und systematisch der bestgeeignete ausgewählt. Im Verlauf der genauen Betrachtung der gewählten Befestigungslösung bestanden die Ziele, sowohl die Eignung der Lösung für den konkreten Anwendungsfall zu validieren, als auch die Fähigkeit verschiedener Auslegungssystematiken festzustellen. So sollte eine vereinfachte Betrachtung zukünftiger Anwendungsfälle ermöglicht werden.
Design, Fertigung und Charakterisierung eines binären Zählmechanismus zur passiven Grenzwerterfassung in MEMS. - 130 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2014
In dieser Arbeit wird die Umsetzung mikromechanischer binärer Zählmechanismen untersucht. Vorab werden bestehende dekadische Zählmechanismen und Demonstratoren binärer Zähler betrachtet. Ein binärer Zähler besteht im Allgemeinen aus einer Reihe geeignet verkoppelter bistabiler Elemente, deren Lage jeweils den Zustand 0 oder 1 verkörpert. Für die Umsetzung neuer Mechanismen gibt es drei prinzipielle Varianten des Krafteintrags: mehrere aufeinander folgende Kraftangriffspunkte, ein paralleler Kraftangriff und eine serielle Kraftübertragung. Für diese werden verschiedene Funktionsprinzipen entworfen, die entsprechend der Restriktionen im Design von MEMS (mikroelektromechanischen Systemen) als ebene Mechanismen umgesetzt werden können. Dabei wird zusätzlich auf eine einfache elektrische Auslesbarkeit des Zählerstands mittels piezoresistiver Elemente geachtet. Nach einem Vergleich aller technischer Prinzipe werden drei ausgewählt und in Systemen mit einem bis vier Bits realisiert. In der Dimensionierung wird zunächst die Kinematik der einzelnen Funktionselemente der Systeme festgelegt. Dann werden anhand statischer Modelle für die verwendeten Federbalken und die auftretenden Reibkontakte geeignete Federführungen bestimmt. Die dimensionierten Systeme werden in ein konkretes Maskendesign für die Lithographie überführt und in SOI-Technologie (silicon on insulator) gefertigt. Zur Charakterisierung der Mechanismen wird zum einen mit eingeprägtem Weg ihre Funktion beobachtet und optisch analysiert, zum anderen mit eingeprägter Kraft der Verlauf der Schaltkräfte und -energien ermittelt. Ein realisierter Mechanismus mit fortlaufendem Kraftangriff und einer mit serieller Kraftübertragung erfüllen die Anforderungen; sie stellen funktionsfähige binäre Zählmechanismen dar.
Entwicklung eines Elektrolyten zur Abscheidung funktioneller Chromschichten auf Basis trivalenter Chromsalze. - 67 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2014
Die vorliegende Arbeit behandelt anschaulich die Neuentwicklung eines Elektrolyten für galvanotechnische Anwendungen. Im Speziellen geht es um einen Elektrolyten zur Abscheidung funktioneller Chromschichten, die besonders bei verschleißfesten Beschichtungen, wie sie z.B. auf Kolbenringen, Druckwalzen oder Hydraulikzylindern Anwendung finden. Die Besonderheit ist der Verzicht von sechswertigen Chromverbindungen, die als extrem toxisch und karzinogen eingestuft sind. Zu Beginn werden der Stand der Technik von Chromelektrolyten mit Cr(III)-Salzen und die Notwendigkeit einer Neuentwicklung dargestellt. Es folgt eine Erläuterung der elektrochemischen Grundbegriffe und Vorgänge. Die eigentliche Entwicklung gliedert sich in die Analyse bereits bestehender Elektrolyte, die Zugabe weiterer Substanzen zur Verbesserung der Zielgrößen wie z.B. Abscheiderate und in die Optimierung. Bei der Optimierung werden die Methoden der statistische Versuch (engl.: Design of Experiments) genutzt. Daraus ergibt sich ein virtueller Elektrolyt, der es ermöglicht die Elektrolyteigenschaften unterschiedlicher Konzentration der Elektrolytbestandteile bereits per Computer zu ermitteln. Des Weiteren werden verscheiden Anodenmaterialen und Netzmittel getestet, bevor die Entwicklung in einem Technikumsversuch gipfelt. Dieses Experiment zeigt in wie weit der neu entwickelte Elektrolyt für großindustrielle Anwendungen geeignet ist. Abschließend werden die Eigenschaften der abgeschiedenen Chromschicht ermittelt und diskutiert.
Entwicklung und Optimierung einer modularen Teilstruktur für eine lastpfadoptimierte PKW-Leichtbaukarosserie in Materialmischbauweise. - 154 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2014
Diese Masterthesis befasst mit der Entwicklung und Optimierung einer modularen Teilstruktur für eine neuartige PKW - Leichtbaukarosserie. Die Integration von Bauteilen des Fahrzeugs in die Montageeinheit zum Zwecke einer Produktivitätssteigerung im Herstellprozess wird geprüft und verbessert. Verschiedene Varianten und Bauweisen werden untersucht, in Catia V5 konstruiert und miteinander verglichen. Über die Simulation von dynamischen und statischen Lasten werden Optimierungen vorgenommen. Die Eignung verschiedener Materialien und Fügetechniken wird geprüft und in die Bauteilgestaltung miteinbezogen. Die Ergebnisse werden im Benchmark mit einer aktuellen Serienkarosserie verglichen.
Realisierung einer Röntgenmarkierung durch Kunststoffbauteilfunktionalisierung am Beispiel einer medizintechnischen Radiusplatte. - 114 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2014
Im Rahmen der Masterarbeit mit dem Thema "Realisierung einer Röntgenmarkierung durch Kunststoffbauteilfunktionalisierung am Beispiel einer medizintechnischen Radiusplatte" wird zunächst der aktuelle Stand des Wissens zur distalen Radiusfraktur dargestellt. In einem nachfolgenden Punkt wird auf den aktuellen Stand der Technik von Kunststoffimplantaten eingegangen. Dabei wird zunächst die Unterscheidung nach den verschiedenen Werkstoffen vorgenommen. Es wird zwischen bioresorbierbaren Implantatmaterialien, Implantaten aus Ultra-High Molecular Weight Polyethylene (UHMWPE) und Polyetheretherketon (PEEK) unterschieden. Die aktuelle Marktsituation zu Implantaten aus Kunststoffen wird dargestellt. Weiterhin werden unterschiedliche Methoden zur Realisierung einer Sichtbarkeit von Kunststoffimplantaten im Röntgenbild betrachtet. Anhand eines aufzustellenden Lastenheftes soll ein Implantat konstruiert werden. Dieses soll durch die Kombination von Spritzgießen und CNC-Bearbeitung gefertigt werden. Die Konstruktion des Spritzgusswerkzeuges stellt eine der Hauptaufgaben dieser Arbeit dar. Besondere Herausforderung ist die exakte Gestaltung aller Formelemente. Weiterhin findet eine Betrachtung zu unterschiedlichen Möglichkeiten der Angussgestaltung statt. Es finden Flusssimulationen zu Ausführungen mit und ohne Heißkanal statt. Eine wichtige Rolle für die Werkzeuggestaltung spielt auch die Materialauswahl und Realisierung der Röntgensichtbarkeit. Diese soll durch die Zumischung von Bariumsulfat erfolgen. Zur Entscheidung, welcher Bariumsulfatanteil für eine ausreichende Sichtbarkeit notwendig ist, konnten Röntgenaufnahmen von Probekörpern angefertigt werden.Der Werkzeugkonstruktion nachgestellt erfolgt die Prototypenfertigung mit Spritzguss und CNC-Bearbeitung. Die gefertigten Prototypen werden vergleichend mit geometrisch weitgehend übereinstimmenden Implantaten aus Titan untersucht. Bei den Untersuchungen wurde das Verhalten bei einem statischen Vier-Punkt-Biegeversuch und bei einem Biegeversuch zur anatomischen Form der Platte verglichen. Ein Ausblick zu weiteren möglichen und notwendigen Prüfungen, sowie Empfehlungen zur frühzeitigen Optimierung bilden den Abschluss der Arbeit.
Kapazitäts-Spannungs-Methode zur Charakterisierung von Grenzflächen zwischen Silizium und Passivierschichtsystemen. - 86 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2014
Untersuchungen der Grenzflächen zwischen Silizium und Passivierschichtsystemen durch die Kapazitäts-Spannungs-Messmethode (CV-Methode) unter Zuhilfenahme der konstanten-Spannungs-Stress-Methode (CVS-Methode) sind zum Verständnis der physikalischen, strukturellen und elektronischen Eigenschaften von Halbleiterbauelementen notwendig. Als Modelsystem für hocheffiziente Halbleiterbauelemente fungiert hierbei ein Stapelschichtsystem aus PECVD-abgeschiedenen Siliziumnitrid (a-SiNx:H) und Aluminiumoxid (a-AlOx) sowie einem nasschemisch hergestelltes Siliziumoxid (a-SiOx). Jede der enthaltenen Passivierschichten aus diesem System wird separat in eine MIS-Struktur integriert und hinsichtlich ihrer dielektrischen Eigenschaften und Passiviereigenschaften untersucht. Die Ergebnisse der Einzelschichtuntersuchungen werden mit denen des Stapelschichtsystems bezüglich der festen Oxidladung QF, der gefangenen Oxidladungen Qot und der Grenzflächendefektdichte Dit verglichen. Weiterhin werden Siliziumnitrid, Aluminiumoxid und das Stapelschichtsystem bezüglich Ladungs- und Defektveränderungen durch elektrische Belastungen untersucht.