Ölvergleichstest an Axialzylinderrollenlagern unter Beachtung der Veränderungen im Gefüge. - 84 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2008
Im Rahmen dieser Diplomarbeit wird ein Ölvergleichstest auf dem Wälzlagerschmierstoff-Prüfgerät FE8 der DIN 51819 nach dem ZF-Pittingtest durchgeführt. Der Aufbau der Prüfmaschine FE8 wird kritisch unter der Einbeziehung der zu realisierenden und einzuhaltenden Prüfbedingungen diskutiert und so umgerüstet, dass die messbaren Bedingungen über der Laufzeit der Prüfläufe konstant gehalten werden können. - Für die Prüfläufe werden Lager der Baureihe 81212 aus dem Wälzlagerstahl $100Cr6$ mit vergleichbarer Oberflächenqualität aus einer Gesamtheit von Lagern ausgewählt. Die ausgewählten Lager werden mit den Prüfbedingungen nach dem ZF-Pittingtest mit zwei unterschiedlichen Prüfölen bis zum Ausfall belastet. - Die statistische Auswertung zeigt eine höhere Laufzeit der Lager bei dem Prüföl I. Da sich aufgrund stark streuende Prüfzeiten bei dem Prüföl I die Vertrauensbereiche vermutlich überschneiden, ist die Aussage allerdings unter diesem Gesichtspunkt zu betrachten. Zusätzlich ist die unterschiedliche Qualität der Prüflager zu beachten. - Bei darauf folgenden werkstofftechnischen Untersuchungen sind weiss angeätzte Rissen in ausgefallenen Scheiben des Prüföls II erkennbar. Nach den Prüfläufen mit dem Prüföl I konnte im Rahmen dieser Arbeit kein weiss angeätzter Riss gefunden werden.
Reproduzierbare Bereitstellung verschiedener Precursoren für den PECVD-Prozess. - 81 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2008
Im ersten Teil der vorliegenden Diplomarbeit wird die Konstruktion eines Ferrocenverdampfers beschrieben. Dieser ist in der Lage, den Precurser ohne Resublimation in die Prozesskammer einzuleiten. Dadurch ermöglicht er die Abscheidung eisenhaltiger DLC-Schichten über den PECVD-Prozess. - In anschließenden Versuchen wird die Reproduzierbarkeit des Abscheidungsprozesses bestimmt. Die auf diese Weise abgeschiedenen eisenhaltigen DLC-Schichten werden auf Eigenschaftsänderungen in Abhängigkeit des Eisenanteils der Schicht untersucht. - Die Entwicklung eines Versuchsaufbaues zur praxisnahen Abscheidung von hydrophoben und hydrophilen DLC-Schichten auf Nanodrucksieben wird im zweiten Teil der Arbeit durchgeführt. Die dafür benötigten Prozessparameter werden experimentell bestimmt. Durch die Modifizierung der Oberflächenenergie der DLC-Schicht verbessert sich die Druckqualität. Außerdem wird die Anzahl der Schaltungen pro Fläche erhöht.
Konzeption und Aufbau von Helixspulen in LTCC. - 125 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2008
Die vorliegende Diplomarbeit entstand im Fachgebiet Mikromechanische Systeme der Technischen Universität Ilmenau. In der Arbeit wurden die physikalischen Gesetzmäßigkeiten für Helixspulen und einer Spiralspule mit 8 Windungen in einem LTCC-Bauelement hergeleitet. Mit dem Ziel größtmöglicher Induktivität im Bauteil wurden für beide Spulentypen, Optimierungsroutinen für das Programm SESAM entwickelt. Basis der Optimierungsroutinen ist die Berechnung des Magnetkreises anhand magnetischer Netzwerkmodelle bei gleichzeitiger Beachtung aller fertigungsbedingten Restriktionen. Unter Nutzung der Routinen wurden die optimalen Hauptabmessungen und zugehörigen Induktivitätswerte der Bauelemente bestimmt. - Mit dem Ziel den Leitungswiderstand zu senken, ergeben sich 4 Varianten von Helixbauelementen. Die Ergebnisse der Optimierung bestätigen, dass durch Helixspulen größere Induktivitätswerte erreicht werden als mit der Spiralspule. Die Spiralspule besitzt im vorgegebenen Bauraum von 15x15x1,5 mmџ eine Induktivität von 14,4 [Mikrohenry].Mit den vier Helixvarianten lassen sich zwei- bis sechsfach höhere Werte erzielen. - Auf Grundlage der Optimierungsergebnisse wurden unterschiedliche Helixbauelemente für die Fertigung konzipiert und zum Gesamtlayout des LTCC-Stapels zusammengeführt. Die zur Fertigung benötigten Prägewerkzeuge, Stanzdaten und Siebe sind aus dem Gesamtlayout abgeleitet und hergestellt worden. - Aufgrund von Herstellungsproblemen der Prägewerkzeuge konnten, keine funktionstüchtigen Bauelemente gefertigt werden. Aus diesem Grund ist es im Rahmen der Diplomarbeit nicht möglich, die Simulations-Ergebnisse der FEM-Analyse mit den Induktivitätswerten der gefertigten Bauelemente zu vergleichen.
Plasmabehandlung von Si-Pulver mit dem induktiv gekoppelten HF-Plasma. - 95 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2008
Um die erneuerbaren Energien als Alternative zu fossilen Energieträgern attraktiv zu machen, ist es wichtig, die Effizienz bei ihrer Nutzung weiter zu erhöhen. Dieses Ziel lässt sich im Bereich der Herstellung von Solarzellen u.a. durch die Steigerung deren Produktivität sowie die Senkung der Produktionskosten erreichen. In diesem Zusammenhang kommt dem Verbrauch von Reinstsilizium eine entscheidende Bedeutung zu. Im Rahmen dieser Arbeit wurden Möglichkeiten untersucht, nanometerfeines Siliziumpulver, das bei der Waferherstellung anfällt und bislang auf Grund seiner schlechten Handlingeigenschaften ungenutzt blieb, aufzuarbeiten. Hierzu stand eine ICP-Anlage des Fachgebietes "Plasma und Oberflächentechnik" der technischen Universität Ilmenau zur Verfügung. Da durch die sehr kleinen Korngrößen des Ausgangspulvers der Einsatz konventioneller Pulverförderer nicht möglich war, musste in einem 1. Schritt ein System entwickelt werden, das eine Förderung von nanometerfeinem Pulver ermöglicht. Hierzu wurde der Pulverförderer P5-3 entwickelt, der auf dem Prinzip eines Wirbelbettfördersystems arbeitet und einen durchgängigen Pulverfluss sicherstellt. Eine Kompaktierung des Ausgangsstoffes im ICP wurde zum Einen mit Sphäroidisierungsversuchen getestet. Eine Parameteroptimierung im Bezug auf die Generatorleistung der Plasmaanlage, den Umgebungsdruck und den Wasserstoffzusatz zeigte, dass ein Umschmelzen des Ausgangspulvers in größere, runde Partikel möglich ist. Zum Anderen wurde eine direkte Abscheidung des aufgeheizten Pulvers auf unterschiedlichen Trägermaterialien untersucht. Es wurde festgestellt, dass es besonders bei der Kompaktierung auf einem heißen Stahlsubstrat zur Ausbildung eines polykristallienen, dichten Siliziumkörpers kommt, wobei ca. 50% des eingebrachten Pulvers umgesetzt werden konnten (Sphäroidisierung max. 10%). In weiteren Tests sollte die Eignung des ICP's erprobt werden, mit dem zur Verfügung stehenden Si-Pulver Si-Schichten auf Trägermaterialien (vorrangig Graphit) abzuscheiden. Die erste Versuchsreihe hierzu diente der Optimierung folgender Parameter: Generatorleistung, Kesseldruck und Spritzabstand. Weitere Versuchsreihen zeigten, dass Graphitsubstrate am geeignetsten zur Erzeugung von Siliziumschichten sind und dass eine Veränderung der Substratoberfläche sowie der Substrattemperatur deutlichen Einfluss auf die Qualität des Erzeugnisses haben.
PTWA coating of operating stressed Diesel engines. - 140 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2008
In der Diplomarbeit wird die Herstellung von PTWA gespritzten 0,82% Kohlenstoff-Stahlschichten auf Zylinderlaufflächen untersucht. Die Schichten werden mittels des rotierenden PTWA-Brenners auf die Innenseite von Zylinderbohrungen aufgetragen und hinsichtlich ihrer Gefügestruktur charakterisiert. Im Rahmen der Diplomarbeit werden die Einflüsse einer möglichen Dezentrierung des PTWA-Brenners, der Plasmastromstärke und des Wasserstoffgehaltes im Plasma auf die erzeugte Spritzschicht untersucht. Die Schichtqualität wird hinsichtlich der Schichtstärke, Schichtporosität, Härte, Oxidationsgehalt und Oxidphasen analysiert, wobei Optische-, Eindring- und Röntgen-Verfahren zum Einsatz kommen. Die Positioniergenauigkeit des PTWA-Brenners hat einen Einfluss auf die Schichtqualität hinsichtlich der Schichtstärke und Schichtoxidation und darf für einen Zylinderbohrungsdurchmesser von 83 mm nicht über 7 mm liegen. Der Wasserstoffgehalt im Plasma, der für 12,5 % und 30 % untersucht wird, beeinflusst die Plasmaeigenschaften hinsichtlich Plasmadruck und Plasmaleitfähigkeit, nicht aber die Schichtqualität. Durch den Strom I und den jeweilig angepassten Drahtvorschub wird die Schichtqualität, speziell die Schichtstärke, Porosität, Härte und Oxidation der PTWA Schicht beeinflusst. Durch das Beschichten und anschließende Honen von betriebsbeanspruchten Grauguss Dieselmotoren kann nachgewiesen werden, dass das mechanische Aufrauen durch ein Gewinde ähnliches Profil auf Grund fehlender Hinterschneidungen nicht erfolgreich ist. Prinzipiell ist das mechanische Aufrauen mittels eines Sägezahn oder Schwalbenschwanzprofils möglich. Das Vorbeschichten durch einen Ni/Al Haftgrund anstelle eines mechanischen Aufrauprofils zeigt keine Delamination oder Zerstörungen der Schicht nach dem Honen. Ebenso wird im Rahmen der Diplomarbeit mittels eines 3D-CAD Programmes eine universale Motorenaufnahme, welche der Motoren Zustellung für die Beschichtung dient, konstruiert und erfolgreich eingesetzt.
Untersuchung zum Wachstum von Silizium-Nanodrähten. - 77 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2008
In der Diplomarbeit wurde ein PECVD-Verfahren zur Synthese von Silizium- Nanodrähten, bei Temperaturen unter 400˚C entwickelt. Nanodrähte konnten unter einem breiten Spektrum von Wachstumsprozessparametern erzeugt werden. Die Ergebnisse sind in der Arbeit vorgestellt und diskutiert. Es wurde ein Standardprozess definiert. Als Katalysator des Wachstums wurden Goldpartikel verwendet, die durch thermische Clusterung in einem schnellen Temperaturprozess (rapid thermal process-RTP) aus Goldschichten erzeugt wurden. Mögliche Wachstumsmechanismen werden diskutiert und mit Stand der Forschung verglichen.
Herstellung bioinerter Keramikschichten mit dem thermisch, induktiv gekoppelten HF-Plasma (ICP). - 97 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2008
In dieser Arbeit geht es um die Herstellung einer Keramikschicht auf einem Stahlsubstrat mit Hilfe des induktiv gekoppelten Hochfrequenzplasmas. Diese Schicht soll später Anwendung in der Knieendoprothetik finden. Für die Herstellung der Keramikschicht wird eine Mischung aus 20% Aluminiumoxid und 80% Titanoxid ausgewählt. Das Ziel ist es, eine 400æm starke Schicht mit einer möglichst geringen Porosität zu erzeugen. In der entstehenden Schicht darf sich jedoch kein Gamma-Aluminiumoxid befinden. Dieses ist im menschlichen Körper lösbar. Um die Entstehung der Gamma-Phase zu vermeiden, muss eine langsame Abkühlung der Aluminiumoxidpartikel realisiert werden. Aus diesem Grund wird mit einem induktiv gekoppelten Hochfrequenz-Plasma gearbeitet. Für die Ermittlung der effektivsten Parameter der Anlage wurde eine Sphärodisierung des Pulvers durchgeführt. Um das Vorhandensein der Gamma-Aluminiumoxidphase ausschließen zu können, wurde das Pulver mit dem XRD untersucht. Da diese Phase nicht nachgewiesen werden konnte, ist mit den ermittelten Parametern weiter gearbeitet worden. Die mit diesen Parametern erzeugten Spritzschichten wurden auf ihre Schichtdicke und Porosität untersucht. Die Ergebnisse der Versuchsreihen machten deutlich, dass es möglich ist, die gestellten Anforderungen für Keramikspritzschichten weitestgehend zu erfüllen.
TBC-Schichten für Turbinenschaufeln. - 85 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2008
Im Rahmen dieser Diplomarbeit soll im Auftrag der Firma ALSTOM(CH) AG, eine Optimierung der Plasmaparameter für das atmosphärische Plasmaspritzen von Yttrium stabilisierten Zirkonoxidschichten als Bestandteil von TBC-Schichten hinsichtlich erhöhter Effektivität des Beschichtungsprozesses erfolgen. Die praktische Versuchsdurchführung besteht aus dem Herstellen von Spritzflecken und Schichten zur Beurteilung von Auftragswirkungsgrad und Porengehalt der Schicht. Im Rahmen der Optimierung wurden Düsen mit zylindrischer (V0 8mm) - und Laval (V21 11 bzw. 12,1mm) - Kontur verwendet und auf ihre Vorteilhaftigkeit für den Spritzprozess getestet. Im Vorfeld wurden ein mathematisches Modell zum Bestimmen der Plasmakennwerte und der Partikelgeschwindigkeiten erarbeitet. Der Optimierungsprozess umfasst eine Plasmaanpassung (Variation des Wasserstoffanteils, des Gesamtgasdurchsatzes, der Stromstärke und Leistung) sowie eine Injektoranpassung (veränderlicher Pulverinjektordurchmesser und Pulverförderrate) für jede Düse. Kriterium für die Auswahl der optimierten Parametersätze (Plasmaparameter, Pulverinjektionsparameter) ist der DE-Wert (Auftragswirkungsgrad) und die Porosität der Schicht. Im direkten Vergleich mit der Ausgangssituation konnte der Auftragswirkungsgrad von durchschnittlich 33 % auf rund 54 % (V0 - 8mm Düse) bzw. 63 % (V21 - 11 mm Düse) gesteigert werden. Schichtqualität und Porosität konnten auch mit den neu erarbeiteten Parametersätzen im Rahmen der Vorgaben gehalten werden. Wichtiger für einen kommerziellen Einsatz ist die Steigerung des Pulverauftrags pro Minute von 27 g/min auf 54 (V0 - 8mm) bzw. 63 (V21 - 11mm) g/min. Dadurch ergibt sich eine verkürzte Zeit für den Beschichtungsprozess, was den höheren Aufwand an Betriebsmitteln (Wasserstoff, Strom) relativiert. Die in dieser Diplomarbeit gewonnen Ergebnisse zeigen, das eine Optimierung des APS-Spritzprozesses für die TBC-Beschichtung von Turbinenschaufeln erfolgreich möglich ist.
Untersuchung zur Applikation von nanoskaligem Silber mittels Flammenpyrolyse . - 83 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2008
Die vorliegende Diplomarbeit befasst sich mit der Erzeugung einer Beschichtung aus Silber-Nanopartikeln, die in eine Matrix aus Siliziumoxid eingelagert werden. Es soll untersucht werden, ob die Abscheidung einer physikalisch festen, chemisch resistenten und antibakteriell wirksamen Beschichtung mittels des Verfahrens der Flammenpyrolyse möglich ist. Dazu wurden in einer speziell gestalteten Beflammungsanlage neben silizium-organischen Verbindungen, auch verschiedenste Silbersuspensionen verdüst und der Flamme zugeführt. Durch eine systematische Variation der Abscheidungsparameter und eine Bewertung der erzeugten Schichten hinsichtlich der o.g. Merkmale, wurden schrittweise die Einflussgrößen zur Erzeugung einer optimalen Schicht gewonnen. Zur Anwendung kamen dabei ausgewählten Analyseverfahren (XPS, RFA, AFM), sowie verschiedene Schnelltests (Antibakterieller Test, Abriebtest und Test der chemischen Beständigkeit). Im Verlauf der Untersuchung zeigte sich, dass eine sehr hochkonzentrierte Silbersuspension angewendet werden muss, damit auch nach einwirkender Belastung eine gute antibakterielle Wirksamkeit garantiert werden kann. Weiterhin waren mehrere Beschichtungsdurchläufe und eine jeweils geringe Beschichtungszeit notwendig, um die thermische Belastung auf das Substrat zu begrenzen. Es gelang mit Hilfe der Flammenpyrolse eine abriebfeste, chemisch resistente und antibakteriell sehr wirksame Beschichtung zu erzeugen. Diese ist einer vergleichbaren Sol-Gel-Beschichtung aufgrund ihrer Eigenschaften und aus finanzieller Hinsicht deutlich überlegen.
Untersuchungen zur Herstellung von Bariumhexaferritpulvern mit Co2+/Ru4+ -Dotierung. - 94 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2008
In dieser Arbeit wurde die Herstellung von Bariumhexaferritpulvern (BHF) mit Co2+/Ru4+ -Dotierung mittels der Glaskristallisationstechnik (GKT) im ternären System BaO-B2O3-Fe2O3 durch partielle Substitution des Eisenoxids im Gemenge untersucht. Ergebnisse aus der Fachliteratur und erste Untersuchungen weisen auf ein großes Potenzial von BHF mit Co2+/Ru4+ -Dotierung für die Absorption hochfrequenter elektromagnetischer Felder hin. Jedoch sind die Ergebnisse nicht reproduzierbar. Als Ursache wurden Entmischungen in der Schmelze vermutet. Ziel der Arbeit war es, diese Entmischungen zu charakterisieren, Möglichkeiten zur homogenen Flakeherstellung aufzuzeigen und dann die Zusammenhänge zwischen Schmelz- und Kristallisationsbedingungen sowie Eigenschaften der Co2+/Ru4+ -dotierten BHF zu bestimmen. Die Untersuchung der Schmelzprozedur zur Herstellung homogener Flakes wurde mittels der Variation der Schmelzbedingungen (Parameter) in der Sekundärschmelze: Haltedauer, mechanisches Rühren und Temperatur, durchgeführt. Zur Bewertung der Einflüsse der Parameter auf die Flakes- und Pulvereigenschaften wurden DDK-Analysen an den Flakes (Bewertung der Kristallisationsprozesse), chemische Analysen der Zusammensetzung mittels ICP-OES und Cerimetrie, Dichtemessungen, röntgenografische Analysen der Kristallphasen (XRD), Rasterelektronenmikroskopie (REM) und elektromagnetische Messungen (VSM) durchgeführt. Die Röntgendiffraktogramme zeigen, dass die Flakes röntgenamorph sind. Das Kristallisationsverhalten der Flakes ist unabhängig von den realisierten Schmelzbedingungen. Flüssig-Flüssig-Entmischungen sind in den Flakes nicht vorhanden. Die ICP-OES und Cerimetrische Untersuchungen zeigen, dass die beste Homogenität in der chemischen Zusammensetzung ohne Rühren mit hoher Temperatur erricht wurde, aber der Ru-Anteil in den Flakes nur etwa 1/5 bis 1/4 des theoretischen Wertes beträgt. Nach Untersuchungen an den Flakes, konnten neue geeignete Prozessparameter für die Herstellung von homogeneren Flakechargen abgeleitet werden. Die Pulverproben weisen nur die Bariumhexaferritphase aus. Bei der Co2+/Ru4+ -Dotierung bleibt der Kristalltyp M erhalten. Mittels ICP-OES Untersuchungen wurde ermittelt, dass die Substitutionsraten der Pulver nahezu gleich sind. Das trifft auch für die Co/Ru -Verhältnisse in den Pulvern zu. Somit scheinen die unterschiedlichen Schmelzprozeduren nicht signifikant die chemische Zusammensetzung der Pulver zu beeinflussen. Nach REM Untersuchungen an den Pulvern und ICP-OES Untersuchungen an den Flakes wurde festgestellt, dass ein Kausalzusammenhang zwischen der Zusammensetzung in den Flakes und der Kristallgröße und -morphologie besteht. Die magnetischen Kennwerte der BHF waren nicht optimal. Das Verhältnis Ms/jHc ist kleiner im Vergleich zu alten Versuchen. Ursache sind die zu geringen Ru-Anteile in den Pulvern, die aus geringen Anteilen in den Flakes resultieren.