Untersuchung zur Phasenausbildung von Metallsiliziden durch PVD und Temperprozesse besonders das Platin-Silizium-System. - 61 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2009
Diese Arbeit befasst sich mit der Herstellung und Untersuchung der Eigenschaften von Platinsiliziden. Dabei wurden verschiedene Herstellungsmethoden verwendet. Zunächst wurde Platin und Silizium auf ein Siliziumsubstrat mittels Magnetronsputtern aufgebraucht. Dabei wurden verschiedene Schichtfolgen verwendet. Zum einen wurde eine Silizium- und eine Platinschicht von jeweils 100nm Dicke hergestellt, zum anderen wurde ein Mehrschichtsystem aus fünf Schichten mit alternierender Schichtfolge gesputtert. Anschließend wurden die Schichten auf drei verschiedene Arten getempert. Es wurden Rapid Thermal Annealing (RTA), Pulsed Laser Annealing (PLA) und das Tempern in einem Quarzrohrofen genutzt. Das Tempern wurde in einem Temperaturbereich von 400˚C bis 900˚C durchgeführt. Anschließend wurden die so entstandenen Schichten auf ihre elektrischen Eigenschaften hin untersucht. Hierbei zeigte sich, dass es möglich ist, den spezifischen Widerstandes in Abhängigkeit von der Temperatur in drei Bereiche einzuteilen. Diese drei Temperaturbereiche waren einmal die ungetemperte Probe, dann von 400˚C bis 650˚C und schließlich 700˚C bis 900˚C. Diese Einteilung ist exakt nur für die RTA getemperten Proben zulässig, bei den QRO getemperten Proben liegt die Temperatur etwa 50K unterhalb dieser.Die Dreiteilung konnte mit Hilfe der Röntgendiffraktometrie (XRD) den Phasenumwandlungspunkten im Zweistoffdiagramm zugeordnet werden. Weiterhin wurde der prozentuale Massenanteil der einzelnen Phasen in der Schicht mit Hilfe des Programms TOPAS bestimmt. Als besonders auffällig zeigte sich dabei die Probe, die aus dem Mehrschichtsystem mit Silizium als Deckschicht bestand. Diese zeigte trotz des höheren Siliziumanteils des Ausgangsschichtsystems im getemperten Zustand bei 400˚C eine Phase als Hauptbestandteil, die wesentlich mehr Platin enthält. Ebenfalls konnte diese Probe mit dem Mehrschichtsystem und Silizium als Deckschicht als einzige mit Pulsed Laser Annealing getempert werden. Mit dem Transmissionselektronenmikroskop wurden schließlich Untersuchungen zur Durchmischung und Schwindung der Schichten durchgeführt.
Technische und kommerzielle Einflussfaktoren von Seltenerdmagneten auf die Motoren für die Verstellungen in Sitz und Fensterheber. - 109 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2009
Die vorliegende Arbeit wurde am Institut für Werkstofftechnik im Fachgebiet Werkstoffe der Elektrotechnik an der Technischen Universität Ilmenau erstellt. Die Arbeit beschreibt ausgehend von den Grundlagen des Magnetismus, den Eigenschaften von Dauermagneten und deren Auswirkungen auf Leistungsmerkmale von Elektromotoren die unterschiedlichen Arten von Seltenerdmagneten in Verbindung mit ihren Vor- und Nachteilen. Hierbei werden sowohl unterschiedliche Werkstoffpaarungen wie etwa Neodym, Eisen und Bor oder auch Samarium und Kobalt als auch verschiedenste Fertigungsverfahren, die sich entsprechend den Herstellungsschritten Legierungsherstellung, Pulvererzeugung und Formgebungsverfahren gliedern, detailliert vorgestellt. Darüber hinaus werden die technischen Möglichkeiten aufgezeigt, die mit dem Einsatz kunststoffgebundener, gesinterter, isotroper und anisotroper Magnetqualitäten einhergehen. Dabei wird weniger die Leistungserhöhung als eine konsequente Volumen- und Gewichtsreduktion in den Vordergrund gerückt und stets der Vergleich mit Ferritmagneten gezogen. Weiterhin werden auch grundlegende Vor- und Nachteile gegenüber herkömmlichen Dauermagneten herausgearbeitet, zukünftige Entwicklungsmöglichkeiten aufgezeigt und eine den brosespezifischen Anforderungen gerechte Bewertung verschiedener Alternativen mittels einer Nutzwertanalyse erstellt. Im zweiten Teil der Arbeit werden zunächst die globalen Vorkommen der Rohstoffe beleuchtet bevor auf die Strukturen der Supply Chain eingegangen wird. Neben einer Darstellung der Patentsituation auf dem Markt der Seltenerdmagnete wird auch ein Ausblick auf die Entwicklung der entsprechenden Rohstoffmärkte gegeben. Schließlich soll eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung ein Werkzeug schaffen, mit dem die Gewinnschwelle für den Einsatz von Seltenerdmagneten in unterschiedlichen Motoranwendungen ermittelt werden kann.
Untersuchungen zu adaptiven Oberflächen mit NTE-Keramik für Hochtemperaturanwendungen - Pulvercharakterisierung. - 64 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Diplomarbeit, 2009
Das Projekt "Hochtemperatur-Funktionalisierung von adaptiven Oberflächen-Mikrostrukturen - "Haifischhaut" und "Lotus"-Effekt", welches von der Deutschen Forschungsgemeinschaft e.V. im Rahmen des Schwerpunktprogramms 1299 (Haut) gefördert wird, beschäftigt sich mit der Entwicklung von strukturierbaren, sich selbst reinigenden und den Strömungswiderstand optimierenden Beschichtungen. Eine Zielstellung dieser Entwicklungen ist die Verwendung derartiger Schichten in Flugzeugturbinen. Durch die geforderten Schichteigenschaften können ökonomische und ökologische Vorteile, wie z.B. die Verringerung des Wartungsaufwands und die Senkung des Kraftstoffbedarfs genutzt werden. Im Rahmen des Projektes befasst sich diese Arbeit mit Untersuchungen der Synthese einer Keramik mit negativem Ausdehnungskoeffizienten (Y2W3O12) innerhalb einer Superlegierung auf Co-Basis mit positivem Ausdehnungskoeffizienten. Der Syntheseprozess aus den Ausgangspulvern Y2O3 und WO3 sowie der Einfluss von deren Partikelgrößenverteilungen werden untersucht. Darüber hinaus wird das thermische Verhalten von unterschiedlichen angefertigten Mischungen aus Y2O3, WO3 und einer CoNiCrAlY-Legierung analysiert. Dies erfolgt im Hinblick auf die Keramiksynthese und den vorgesehenen thermischen Spritzprozess. Es erfolgen qualitative und quantitative Beschreibungen der vorhandenen sowie der entstehenden Phasen. Die Ergebnisse der umfangreichen Untersuchungen werden mit Ansätzen für die Weiterentwicklung adaptiver Oberflächen verknüpft.
Prozessbedingte Interaktion zwischen Spritzgieß- und anderen Produktionsprozessen in Montagelinien. - 99 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2009
Auf Basis der Grundlagen des Spritzgießprozesses sowie der Gedanken der Lean Production wurden Fertigungsbereiche für Einspritzventile analysiert. Schwerpunkt war die Erfassung der Schnittstellen, der Puffer sowie die Instandhaltung. Durch die unterschiedliche Integration ergeben sich Stärken sowie Schwächen der einzelnen Konzepte. - Die Auswertung der Linienanalyse ergab, dass viele Gedanken der Lean Production beim Umspritzen berücksichtigt werden. Die Gestaltung des Materialflusses, die Nivellierung der Produktion, Schnellrüsten sowie das Visual Management sind in den Fertigungsbereichen umgesetzt. Probleme stellen derzeit die Einhaltung von 1-zu-1 Beziehungen sowie die Gestaltung der Bestände dar. - Durch die Integration in den Montageprozess können 1-zu-1 Beziehungen realisiert werden. Bei Poolfertigung, sowie Fertigung auf parallelen Anlagen, ist die Nachverfolgbarkeit schwierig. Auch der Konflikt mit den Beständen kann gelöst werden, indem sie definiert sind und so keine Verschwendung im Sinne der Lean Production darstellen. Durch eine Störungsanalyse kann der Sicherheitsbestand ermittelt werden, der für eine Prozessabsicherung notwendig ist. Bei der Gestaltung des Puffers ist auf einen geeigneten Materialfluss zu achten. - Anhand der Ergebnisse der Linienanalyse wurde ein Konzept für die Umspritzung erarbeitet. Durch den Einsatz kleiner Ladungsträger kann der Bestand in der Fertigung bei gleicher Funktion reduziert werden. Mit aktiver Kühlung kann der Bestand zusätzlich herabgesetzt werden. Das exakte Einsparpotential durch eine Kühlung muss aufgrund des komplexen Wärmeübertragungssystems durch Versuchsreihen ermittelt werden. Um den Bestand minimal zu gestalten, ist eine Kombination aus kleineren Werkstückträgern sowie einer aktiven Kühlung ideal. Der bei der Dimensionierung berechnete Bestand kann sich durch Optimierungen im Fertigungsprozess verändern. Daher ist eine regelmäßige Überprüfung des Bestandsoptimums notwendig. - Durch eine Berechnung der Bestände anhand der Störungscharakteristik kann eine Stabilisierung der bisherigen Prozesse erreicht werden. Um konstante Prozessparameter erzielen zu können ist es außerdem wichtig, dass der Mitarbeiter die Handlingsaufgaben während der Zykluszeit sicher erledigen kann. Nur so kann eine schwankende Zykluszeit bei regelmäßiger Teilezufuhr vermieden werden.
Sample enrichment in a biosensor based on magnetic beads. - 116 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2009
Die Integration schneller Probenanreicherung ist sehr wichtig für die Entwicklung von hochgenauen Biosensoren zur Vor-Ort-Diagnostik. In Biosensoren deren Funktion auf magnetischen Partikeln beruht, bedingt die Probenanreicherung deren schnelle und leistungseffiziente Konzentrierung. In dieser Diplomarbeit ist der Entwurf und die Charakterisierung eines magnetischen Aktors für die Anreicherung von Magnetpartikeln dargelegt. Der Entwurf wurde anhand eines vereinfachten analytischen Modells ausgeführt, dessen Gültigkeit mittels einer Simulation auf Basis der Finite Elemente Methoden (FEM) überprüft wurde. Zur Demonstration des Konzepts wurde ein Prototyp und passende Probenkartuschen hergestellt. Das Gerät wurde durch eine Untersuchung des Einflusses des Treiberstroms, der Partikelkonzentration und der Geometrie auf die Zeitkonstante des Anreicherungsprozesses experimentell charakterisiert. Es wird erwartet, daß die Integration einer solchen Anreicherungseinheit die Empfindlichkeit von Biosensoren zur Vor-Ort-Diagnostik verbessern kann und daß dadurch deren Anwendungsfeld vergrößert werden kann.
Konzepte für 3D Mikroscanner in der optischen Messtechnik. - 103 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2009
In dieser Arbeit wird die Funktionsweise und Herstellung von Schwingspiegeln zur Verwendung in 3D-Mikrotrackern demonstriert. Auf verschiedenen Strahlablenkungsprinzipien basierende Varianten werden entwickelt und auf ihre Eignung für die Messtechnik hin untersucht. Ebenso werden die Integrationsmöglichkeiten von integriert optischen Interferometern beleuchtet. Der Herstellungsprozess für 2D-Schwingspiegel auf Basis von SOI-Wafern wird entwickelt und experimentell nachvollzogen. Hergestellte Spiegel mit elektrostatischen Kammantrieben erreichen einen optischen Ablenkwinkel von einigen Grad. Auf Basis der Untersuchungen werden Spiegeldesigns für verschiedene Maskenauflösungen entwickelt. Zur Genauigkeitssteigerung der Messung werden Teststrukturen mit AlN-Federn entwickelt und mit dem Ätzsimulator ACES simuliert.
Herstellung und Charakterisierung reibungsarmer und verschleißfester Schichten durch den Einsatz thermischer Beschichtungsverfahren. - 120 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2009
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Herstellung thermisch gespritzter Pleuellagerschichten. Durch eine thermisch gespritzte Schicht sollen die derzeit verwendeten Lagerschalen vollständig ersetzt werden. In vorangegangen Arbeiten wurden diesbezüglich Versuchsproben mit einer CuSn-Legierung und dem Hybrid-Lichtbogendrahtspritz-Verfahren (HLDS-Verfahren)beschichtet. Die Schichten weisen jedoch ein inhomogenes Gefüge mit teilweise sehr großen Poren sowie einer mangelnden Schichthaftung auf, was bisher stets zu einem frühzeitigen Versagen der Lagerschicht führte. Im Rahmen dieser Arbeit wurden zwei Werkstoffsysteme auf CuNi-Basis sowie zwei weitere Beschichtungsverfahren untersucht, inwiefern damit eine Verbesserung der Schichteigenschaften zu erreichen ist. Dafür wurden Versuchsproben hergestellt und mittels unterschiedlicher Werkstoffprüfmethoden analysiert. Es konnte gezeigt werden, dass durch den Einsatz des Lichtbogendrahtspritz-Verfahrens (LDS-Verfahren) sowie durch die Verwendung von CuNi-Legierungen sowohl das Gefüge, die Anpassungsfähigkeit als auch die Haftfestigkeiten der Schichten signifikant verbessert werden können. Für einen späteren Serieneinsatz sind jedoch noch weitere Optimierungsmaßnahmen erforderlich.
Vergleichende Studien zum Plasmaspritzen keramischer Schichten. - 89 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Diplomarbeit, 2009
In dieser Arbeit geht es um vergleichende Studien zum Plasmaspritzen keramischer Schichten. Dabei sollen qualitativ hochwertige Schichten auf der Basis von Al2O3 zur Anwendung als Verschleißschutz- und Isolationsschicht hergestellt werden. Die zu vergleichenden Verfahren sind das Induktionsplasmaspritzen (ICP) und das Gleichstromplasmaspritzen (DCP). Die so hergestellten Schichten sollen hinsichtlich ihrer Eigenschaften untersucht werden. Dabei ist insbesondere die thermisch bedingte Phasenumwandlung des Al2O3 von Bedeutung. Sie kann mit den konventionell verwendeten Verfahren nicht vermieden werden. Als Pulver kommen dabei Aluminiumoxidpulver in reiner Form und Aluminiumoxid- und Titanoxidpulvergemische zum Einsatz. Die Pulver für das ICP sind erst fraktioniert und sphärodisiert worden. Anschließend wurden Versuche zur Partikelverformung durchgeführt. Nur die Pulverfraktionen, welche einen Sphärodisierungsgrad von >95% aufweisen, sind zum Einsatz gekommen. Bei den Verformungsversuchen wurde festgestellt, dass eine Substrataufheizung von > 400˚C eine bessere Partikelverformung bewirkt. Deshalb wurden folglich die Substrate beim ICP vorgeheizt. Bei den ICP-Versuchen ist der Abstand von der Lanze zum Substrat variiert worden. Bei den Versuchen des DCPs wurde die Stromstärke und in Abhängigkeit davon auch die Pulverförderrate verändert. Die mit dem DCP hergestellten Schichten haben im Vergleich zu den ICP-Proben die besseren Schichteigenschaften. Die gemessene Porosität, Haftzugfestigkeit, Verschleißfestigkeit und Rauigkeit sind beim ICP deutlich schlechter. Dafür konnte beim DCP trotz des Einsatzes des phasenstabilisierenden TiO2 die Entstehung der Phase nicht vermieden werden. Bei dem ICP hingegen ist vermutlich nur die Alpha-Phase entstanden. Außerdem kann man mit diesem Verfahren eine wesentlich höhere Schichtdicke erzielen.
Sensitivität und Temperaturverhalten neuartiger Hochtemperatur-Halbleiter-Gassensoren. - 89 S : Ilmenau, Techn. Univ., Diplomarbeit, 2009
Die Kontrolle des Ausstoßes von Schadgasen ist eines der wichtigsten Themen der Umweltschutzbemühungen unserer Zeit. Ein neuartiges Sensorkonzept, dass auf der Verwendung von Halbleiter-Gassensoren basiert, erlaubt den Betrieb unter den rauen Bedingungen in Kraftfahrzeugabgasanlagen. Durch die Verwendung eines nano strukturierten, katalytisch aktiven Materials als Metallisierung der gassensitiven Gateelektrode kann dabei eine hohe Sensitivität gegenüber den im Abgas vorkommenden Schadgasen erzielt werden. In dieser Diplomarbeit werden die Eigenschaften der neuartigen Sensoren im Bezug auf Sensitivität und Temperaturverhalten gegenüber NH3, C3H6, NO und NO2 untersucht, mit dem Ziel eines besseren Verständnisses für die an der an der Elektrode stattfindenden physikalischen Vorgänge und chemischen Reaktionen. Als Mechanismus der Signalbildung wird dabei die Bildung einer Dipolschicht an der Isolatoroberfläche durch Dissoziation oder molekulare Adsorption angenommen. Bei konstanter Temperatur kann die Sensitivität durch das Temkin Adsorptionsmodell beschrieben werden, wobei das Sensitivitätsprofil über 500 ˚C in den meisten Fällen in eine Langmuir-Isotherme übergeht. In Anwesenheit von Sauerstoff kann das Temperaturverhalten der Sensitivität gegenüber NH3, C3H6 und NO2 oberhalb von 350 ˚C durch die temperaturabhängigen Parameter des Langmuir-Modells beschrieben werden. Unterhalb dieser Temperatur wird der Verlauf durch eine die katalytische Aktivität der Gateelektrode beschreibende Funktion modifiziert. Die NO-Sensitivität zeigt sich als Überlagerung einer Oxidation und Reduktion des NO, die zu einem positiven respektive negativen Sensorsignal führen. Die Reduktion findet dabei nur bei geringer Oberflächenbedeckung statt und dominiert unterhalb 250 ˚C mit einem deutlichen Rückgang oberhalb dieser Temperatur. Die NO-Oxidation skaliert mit der Sauerstoffbedeckung der Oberfläche und hat ein Maximum bei 400 ˚C. Letztlich wurde gezeigt, dass die Signalüberlagerung in einem System, dass NO und NO2 enthält, größtenteils additiv stattfindet. Dabei wird die NO2-Bedeckung, und damit das NO2 Signal, durch konkurrierende Adsorption mit NO-Spezies, die selbst nur ein minimales Signal erzeugen, deutlich reduziert. Eine grundlegende mathematische Beschreibung der Signalbildung über das Adsorptionsmodell konnte gezeigt werden.
Röntgenografische Spannungsuntersuchungen an Schichtsystemen. - Online-Ressource (PDF-Datei: XII, 88 S., 3,81 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diplomarbeit, 2009
Enth. außerdem: Thesen
Im ersten Teil dieser Arbeit werden die verschiedene Spannungsmessmetoden mittels Röntgendiffraktometrie miteinander verglichen und analysiert. Im folgenden sind diese im Rahmen der Erprobung eines Biegemoduls innerhalb eines Diffraktometers an Hartmetallschichtsystemen verifiziert wurden. Der zweite Teil dieser Diplomarbeit befasst sich mit den verschiedenen Möglichkeiten der experimentellen Bestimmung von tiefenveränderlichen Eigenspannungszuständen in Hartstoffschichten. Ziel ist es, einachsige Eigenspannungstiefenverteilungen im intermediären Bereich zwischen der Werkstoffoberfläche und dem Volumen zu ermitteln, einem Bereich, der mit den konventionellen Röntgenbeugungsverfahren nicht mehr zu erfassen ist. Im Rahmen einer Recherche werden zunächst die zur Verfügung stehenden experimentellen Methoden der Eigenspannungsgradientenermittlung zusammengestellt und in ihren wichtigsten Eigenschaften dargelegt. Besonderen Wert wird in der Arbeit auf die Untersuchung mit der Methode "multiple hkl" gelegt, welche es erlaubt, Spannungsgradienten in Materialien zu untersuchen. Hierbei werden die Proben unter verschiedenen festen Einstrahlwinkeln über einen Detektorscan untersucht und die somit erhaltenen Spannungswerte können im Anschluß als Verlauf gegenüber der Eindringtiefe der Röntgenstrahlung aufgetragen werden. Das untersuchte Material in der Arbeit betrifft die Hartstoffschichten aus TiCN, Al2O3 mit CVD aufgebracht und TiAlN welches mit PVD aufgebracht wurden ist.
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