Korrosionsuntersuchungen an Titanwerkstoffen. - 73 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Diplomarbeit, 2007
Titan und seine Legierungen besitzen eine große Bedeutung als biokompatible Werkstoffe für Ersatzteile des menschlichen Körpers und in der Medizintechnik. Von großer Bedeutung für die Biokompatibilität sind das Korrosionsverhalten und die Toxizität der Korrosionsprodukte. - Im Rahmen dieser Diplomarbeit werden wesentliche Zusammenhänge zum Korrosionsverhalten von Reintitan in verschiedenen körperphysiologischen Lösungen unter Beachtung der gültigen Normen ermittelt und daraus verallgemeinerungsfähige Aussagen abgeleitet. - Hierzu wurde das freie Korrosionspotential des Reintitans ermittelt und betrachtet. Außerdem wurde durch anodische Polarisation die Korrosionsgeschwindigkeit ermittelt und dadurch eine Aussage über die Korrosionsbeständigkeit getroffen. Als Lösungen wurde die Hanks Lösung, eine künstliche Speichellösung und eine Salzlösung verwendet. Alle Lösungen wurden auf verschiedene pH-Werte eingestellt und mit unterschiedlichen Konzentrationen von Fluorid-Ionen versetzt, um die Auswirkung von Zahnpflegeprodukten zu betrachten. - Titan besitzt durch seine schützende Oxidschicht eine ausgezeichnete Resistenz gegenüber den verwendeten Lösungen. Doch beim Vorhandensein von genügend Fluorid-Ionen, verändert sich die Oxidschicht. Diese bricht sogar zusammen, wenn die Fluorid-Ionenkonzentration ausreichend groß ist und der pH-Wert im sauren Bereich liegt.
Entwicklung einer Online-Schmelzewiderstandsmesszelle als Werkzeug zur Qualitätssicherung und Ermittlung des Einflusses der Extrusionsparameter bei der Herstellung elektrisch leitfähiger Kunststoffe. - 123 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2007
Der erste Teil der Diplomarbeit beschäftigt sich mit dem Aufbau einer Messzelle zur Bestimmung des elektrischen Widerstands einer Polymerschmelze direkt während der Extrusion. Die Umsetzung dieser Messeinrichtung im Labormaßstab erfolgte im Anschluss daran an einem Doppelschneckenextruder (d = 27mm). - Im zweiten Teil wurde jeweils untersucht, inwieweit sich eine Änderung der Maschinenparameter Temperatur, Schneckendrehzahl und Förderrate auf die elektrischen Widerstände, zum einen in der Schmelze, zum anderen an erstarrten, vollständig auskristallisierten Prüfkörpern auswirkt. Die Versuche hierzu fanden jeweils an drei unterschiedlichen rußgefüllten Polymeren statt (Polypropylen (PP), Polytehylen (HDPE) und Ethylenvinylacetat (EVA)). - Da der eigentliche Einsatz einer derartigen Messzelle in der Überwachung der Rußdosierung liegt, behandelt der letzte Teil schließlich die Frage, inwieweit sich eine derartige Messeinrichtung dafür eignet. Aus diesem Grund wurde von jedem der drei Kunststoffe eine Eichkurve mit unterschiedlichen Rußgehalten aufgenommen. Anschließend wurde die Schrittweite reduziert und die genaue Messauflösung anhand einer simulierten Störung der Rußdosierung bestimmt.
Feldunterstützter Ionenaustausch in Glas. - 198 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2007
In dieser Arbeit wird die Modifizierung des mechanischen und optischen Verhaltens vom photostrukturierbaren Glas FS21 und vom Borosilikatglas Duran durch den Ionenaustausch in Kalium-, Natrium- und Lithiumnitratschmelzen unter Einsatz eines elektrischen Feldes untersucht. Die Eigenschaftsänderungen werden in Abhängigkeit von der Art des elektrischen Feldes, sowohl Wechsel- als auch Gleichfeld, der Prozesstemperatur und -zeit betrachtet. Dazu werden die Biegebruchfestigkeit und der Elastizitätsmodul, die Brechzahlgradienten der ionenausgetauschten Zone in der Glasoberfläche und die Lichtführungseigenschaften bestimmt. Als Grundlage der Veränderungen wird über EDX-Analyse der Konzentrationsverlauf der ausgetauschten Ionen ermittelt. Für FS21 und Duran zeigt sich, dass jeweils ein Parametersatz für den Ionenaustausch eine Steigerung der Festigkeit um 100 % bewirkt. Jedoch kann die Feldunterstützung im Vergleich zum thermischen Ionenaustausch nicht die Streuung der Festigkeitswerte minimieren. Der Ionenaustausch an FS21 in Kaliumnitratschmelze führt zu einer Brechzahlerhöhung und der in Natriumnitratschmelze zu einer Brechzahlreduzierung. - Schlüsselwörter: feldunterstützter Ionenaustausch; Glas; Nitratsalzschmelze; Festigkeit; Brechzahl
Untersuchungen zur stromlosen Verkupferung textiler Materialien. - 119 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Diplomarbeit, 2007
Textile Materialien bieten aufgrund ihrer hohen Flexibilität, Nachgiebigkeit und mechanischen Belastbarkeit vielfältige Einsatzmöglichkeiten. Durch die Kombination dieser Eigenschaften mit den physikalischen Eigenschaften der Metalle können neue Anwendungsbereiche für die metallisierten Textilien erschlossen werden. Der Stand der Technik bezüglich der Metallisierung nichtleitender textiler Substrate beinhaltet insbesondere die Versilberung von Polyamidfasern. Die Anwendung versilberter Polyamidfäden ist auch unter dem Namen "Silbertechnologie" bekannt. Darauf aufbauend soll die chemische Kupferabscheidung auf Polyester angewendet werden, um kostengünstigere und thermisch stabilere Produkte zu erhalten. Einerseits wird Polyester bislang nicht in der Kunststoffgalvanisierung eingesetzt, andererseits konnten der Literatur auch keine gängigen Beschichtungstechnologien entnommen werden, die einen haftfesten Verbund zwischen Kupfer und Polyester bringen würden. Es galt herauszufinden, inwieweit bereits vorhandene Technologien der Kunststoffmetallisierung, z.B. für ABS-Polymere, auf Polyestermaterialien übertragbar sind. Die Abscheidungsrate des verwendeten, chemischen Kupferelektrolyten wird in Abhängigkeit der Elektrolytbelastung, der Elektrolyttemperatur, der Konzentrationen der Hauptbestandteile des Kupferelektrolyten und der Konvektion untersucht. Zur Konstanthaltung der Abscheidungsgeschwindigkeit werden die Elektrolytbestandteile analysiert und der Elektrolyt regeneriert. Untersuchungen bezüglich der Haftfestigkeit und Duktilität der chemisch abgeschiedenen Kupferschicht werden dargestellt.
Evaluierung des Single Wire Arc Spraying (SWAS) für die Direktbeschichtung von Ventilsitzen. - 104 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2007
Die Verfahren des thermischen Spritzens dienen zur Herstellung von Verbundwerkstoffen, insbesondere von Schichtverbunden. Vor allem das Lichtbogendrahtspritzen ist auf Grund des hohen Wirkungsgrades und der hohen Auftragswirkungsrate ein vergleichsweise kostengünstiges Verfahren. Problematisch ist jedoch die Beschichtung sehr schmaler Funktionsflächen, da der Spritzstrahl beim Lichtbogendrahtspritzen mit zwei Drähten eine große Divergenz aufweist und somit der Oversprayanteil sehr hoch ist. Durch Variation des Prinzips hin zum Lichtbogendrahtspritzen mit einem Draht (Single Wire Arc Spraying, kurz SWAS) können die Spritzstrahldivergenz und auch der Oversprayanteil drastisch verringert werden. Ein potentielles Anwendungsgebiet des Lichtbogendrahtspritzens mit einem Draht ist die Substitution eingepresster Ventilsitzringe aus einer Kobaltbasislegierung in großen Nutzfahrzeugmotoren durch einen direkt beschichteten Ventilsitz. Dadurch kann bis zu 80% der benötigten Materialmenge eingespart werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Versuchsstand zur Umsetzung des SWAS mit sämtlichen notwendigen Komponenten aufgebaut und in Betrieb genommen. Nach einigen konstruktiven Veränderungen am Beschichtungsaggregat selbst gelang zunächst das Verspritzen eines Kupfer Nickel Massivdrahtes. Durch Variation der Spritzparameter konnte das Prozessverhalten stabilisiert werden sowie ein definierter Spritzstrahl mit einem Divergenzwinkel von ca. 3&ayn; erzeugt werden. Anschließende Beschichtungsversuche mit dieser definierten Strahlgeometrie ergaben auf den Substraten Schichtbreiten von weniger als 1cm. Auch die Verarbeitbarkeit des für Ventilsitze relevanten Fülldrahtes aus einer Kobaltbasislegierung konnte nachgewiesen werden. Schon bei lichtmikroskopischer Untersuchung der Schichten ergaben sich positive Ergebnisse bezüglich der Homogenität. Auch in den durchgeführten REM und EDX Untersuchungen bestätigte sich, dass eine Legierungsbildung der Komponenten des Fülldrahtes stattfindet. Mit der durchgeführten Arbeit wurden zwei wesentliche Aspekte, die für die ökonomische Direktbeschichtung von Ventilsitzen mittels SWAS unabdingbar sind, nachgewiesen. Durch Erzeugung eines Spritzstrahls mit extrem geringem Divergenzwinkel von erfolgt eine massive Reduktion des Oversprayanteils bei der Beschichtung sehr schmaler Funktionsflächen. Die hergestellten TribAloy-Schichten beweisen, dass mit dem aufgebauten Versuchsstand Fülldrähte (Kobaltbasis) verarbeitet werden können. Das SWAS ist prinzipiell für die Direktbeschichtung von Ventilsitzen geeignet.
Molding and characterization of polymer microstructures for MEMS-based drug release applications. - 94 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Diplomarbeit, 2007
Tumore können durch lokalisierte und kontrollierte Freisetzung von Wirkstoffen behandelt werden. Dazu werden MEMS-basierte Wirksstoff-Freisetzungssysteme in den Tumor injiziert. Eine exakte Kontrolle über die Dosis des pharmazeutischen Wirkstoffs konnte bisher nicht nachgewiesen werden. Eine Möglichkeit, Wirkstoff-Freisetzungssysteme herzustellen, die keine eigene, interne Energiequelle besitzen, ist die Entwicklung eines mechanischen Systems, das unter dem Einfluss eines externen magnetischen Feldes Wirkstoffe freigibt. Das Magnetfeld soll eine Membran zerstören, indem es sie in eine Schneide auslenkt, die sich unter der Membran befindet. Durch die Zerstörung wird der Wirkstoff in der darunter liegenden Kavität freigegeben. Alle Materialien in solch einem Freisetzungssystem müssen biokompatibel sein. Da die Membran zusätzlich ferromagnetisch sein muss, kann sie aus einem Verbundwerkstoff hergestellt werden, wobei ein Kunststoff fein verteilte Puder aus ferromagnetischen Partikeln beherbergt. PDMS (PolyDiMethylSiloxan) hat wünschenswerte Materialeigenschaften für diese Anwendung. Das spin coating von viskosen Verbundmaterialien scheitert auf Grund der Dichteunterschiede zwischen ferromagnetischem Material und dem Kunststoff. Membranen aus ferromagnetischen Partikeln in einem Kunststoff können durch einen Rakelprozess hergestellt werden. Dazu wird die flüssige Mischung in eine mikrotechnisch hergestellte Form gegossen und überflüssiges Material mit einem Rakel entlang des Formenrandes abgestrichen. Die Permeabilität von feinen Partikeldistributionen in einem Polymer wird durch die Theorie der effektiven Medien beschrieben. Diese schlagen Berechnungsvorschriften für eine Ersatzpermeabilität vor. Die feine Verteilung von ferromagnetischen Partikeln in dem Polymer sorgt für eine weitgehende Linearisierung der charakteristischen Hystereskurve. Das Material verliert seine magnetische Hystere dabei fast vollständig. Die Membranauslenkung unter dem Einfluss eines externen magnetischen Feldes kann mit Hilfe eines Laser-Doppler-Vibrometers untersucht werden. Da die Membranen gleichzeitig die Dichtungselemente der Kavitäten sind, die die Wirkstoffe enthalten, werden die Membranen auf die Kavitätsränder gebondet. Dabei wird eine Vorspannung "eingefroren", die einen starken Einfluss auf die Membranauslenkung hat. Generell kann das Verhalten einer Membran im externen Magnetfeld mit einem Modell abgeschätzt werden, das von Kräften auf ferromagnetische Grenzflächen innerhalb eines inhomogenen magnetischen Feldes ausgeht.
Tribologische Untersuchungen an Chrom- und Chromdispersionsschichten. - 80 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2007
Galvanisch abgeschiedene Dispersionsschichten mit anorganischen nichtmetallischen Partikeln bringen oft eine Verbesserung des Verschleißverhaltens. Diese Arbeit untersucht das tribologische Verhalten von Chromschichten, die aus einem konventionellen schwefelsauren Chromelektrolyten mit Zusatz von nanoskaligem Aluminiumoxidpulver abgeschieden wurden. Als Vergleich dienen Chromschichten ohne Partikelzusatz. Das tribologische Verhalten wird mit dem ebenen Streifenziehversuch bei Flächenpressungen bis 50 N/mm2 untersucht. Der Blechwerkstoff wird mit einem Tastschnittgerät untersucht. Änderungen des Schichtaussehens, der Vickers-Mikrohärte und der Stromausbeute werden in Abhängigkeit von den Arbeitsparametern Temperatur und kathodischer Stromdichte sowie der Partikelkonzentration des Elektrolyten charakterisiert. Die Anlage zur Dispersionsabscheidung wird beschrieben. Das Aluminiumoxidpulver bewirkt einen großen Härteanstieg bei den Abscheidungsparametern 35 Grad Celsius und 50 A/dm2 von 740 HV 0,05 bei der Abscheidung ohne Aluminiumoxid auf ca. 1100 HV 0,05 bei Zusatz von 100 g/l der Nanopartikel. Die Makrostreufähigkeit des Elektrolyten und die Stromausbeute sinken mit der Partikelmenge. Der Partikeleinbau wird mit optischer Glimmentladungsspektrometrie nachgewiesen. Die Reibwerte für die Gleitreibung gegen Stahlblech DC 04 mit 1 g/mø des Ziehöls M 100 liegen zwischen 0,12 und 0,16. Es liegt vorwiegend Grenzreibung vor. Das Reibverhalten von Schichten mit Nanopartikeln im Elektrolyten und herkömmlichen Chromschichten unterscheidet sich wenig. Es tritt keine zum Versagen der Werkzeugbeschichtung führende Adhäsion auf. - Galvanische Abscheidung, Dispersionsschicht, Verbundschicht, Dispersionsabscheidung, Cr-Al2O3-Schicht, Al2O3, Aluminiumoxid, nanoskalig, Chrom, Hartchrom, Mikrohärte, Stromausbeute, Tribologie, Streifenziehversuch, Gleitreibung, Reibwert, Tastschnittgerät, GDOES, GDOS
Reduzierung des Einflusses von Licht auf pH-Messungen mit AlGaN/GaN-Sensoren. - 65 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2007
Diese Diplomarbeit beschäftigt sich mit dem Einfluss von Licht auf pH-Messungen mit Aluminium-Gallium-Nitrid/Gallium-Nitrid (AlGaN/GaN)-Sensoren. pH-Sensoren auf AlGaN/GaN-Basis haben gegenüber herkömmlichen Glaselektroden den Vorteil einer sehr geringen Baugröße. Zudem ist es auf Grund des planaren Aufbaus und der optischen Transparenz des Sensors möglich, zeitgleich elektrische und optische Messungen durchzuführen. AlGaN/GaN-Heterostrukturen eignen sich auf Grund ihrer spezifischen Eigenschaften für eine Vielzahl an weiteren Anwendungen (z.B. Laserdioden, Photodektoren, Hochfrequenzbauelemente). Ein Problem, das bei der Verwendung dieses Materials auftritt, ist die Persistente Photoleitung (PPC). In der Diplomarbeit werden zunächst die Eigenschaften des am Zentrum für Mikro- und Nanotechnologien (ZMN) entwickelten Sensors und die Ursache der PPC in AlGaN/GaN-Heterostrukturen erläutert. Ziel der Arbeit ist es, die Abhängigkeit des Messsignals von den Beleuchtungsverhältnissen zu reduzieren. Dazu werden verschiedene schaltungstechnische Möglichkeiten vorgeschlagen und ihre Wirkung bewertet.
Erprobung verfahrenstechnischer Prinzipien und Entwurf eines Hochtemperatur-Chlorinators zur Reinigung von Quarzsanden. - 69 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2007
Die Qualität von Quarzglas hängt wesentlich von der Reinheit beziehungsweise von den Arten der Verunreinigungen des verwendeten Rohstoffes ab. Hauptsächlich eingesetzte Rohstoffe sind Schmelzgranulate natürlichen Ursprungs und solche, die aus künstlich gezüchteten SiO2-Autoklavenkristallen hergestellt werden. Beim Züchtungsprozess künstlicher Kristalle wird gegenüber den eingesetzten, natürlichen Kristallbrocken (z.B. LASCA) ein enormer, prinzipbedingter Reinigungseffekt erzielt. Sie zeichnen sich durch hohe Reinheit und geringe Blasigkeit im Anlieferungszustand aus. Allerdings sind diese Kristalle durch erhöhte Anteile an Alkaliionen gekennzeichnet, welche aus dem Züchtungsprozess resultieren. In Laborversuchen mit einem Hochtemperaturchlorinator konnte eine deutliche Absenkung dieser Verunreinigungen erreicht werden. Aufbauend auf diesem Prinzip sollte eine Aufgabenstellung für eine Apparatur im Produktionsmaßstab erarbeitet werden. Die Bemessung der Aufheiz- und Abkühlprozesse, sowie der Prozessführung während des Chlorinierens ermöglicht die Konzipierung einer solchen Anlage und führt letztendlich zu einer fachlich fundierten Aufgabenstellung für die Anlagenkonstruktion.
Untersuchungen zum mechanischen Verhalten nanoskaliger WC/C-Schichten. - 93 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Diplomarbeit, 2007
In der Industrie sind Wolframkarbid/Kohlenstoff Beschichtungen als reibungs- und verschleißarme Schichten erfolgreich im Einsatz. Diese werden unterschieden in Nanodispersionsschichten (nanocomposites), in denen nanokristalline WC-Körner in eine Kohlenstoffmatrix eingebettet sind, und in Schichten mit einem periodischen Schichtaufbau aus abwechselnden Wolframkarbid- und Kohlenstoffschichten. Die in der Industrie eingesetzten Multilayerschichten weisen keine scharfen, sondern kontinuierliche Übergänge zwischen den Einzellagen auf. In der vorliegenden Arbeit werden gesputterte WC/C-Multilayerschichten mit scharfen Grenzflächen und unterschiedlichem Schichtaufbau auf ihr tribologisches Verhalten hin untersucht. Dabei liegt der Schwerpunkt auf der Charakterisierung des mechanischen Verhaltens bei hohen Hertz'schen Kontaktdrücken zwischen 0,6 GPa und 0,9 GPa. Zum Vergleich werden zusätzlich Schichten aus amorphen Kohlenstoff (a-C), aus WC1-x und eine WC/C-Nanodispersionsschicht untersucht. Dazu werden tribologische Messungen mit einem Mikrotribometer durchgeführt, wobei durch Variation der Messzeit das Kurzzeit- (2,5 h) und das Langzeitverhalten (ca. 7 h) ermittelt wird. Das Reibverhalten der unterschiedlichen Schichten wird miteinander verglichen. Über Untersuchungen im Rasterelektronenmikroskop werden Aussagen über den Zustand der Kontaktzonen, von Grund- und Gegenkörper bezüglich des Verschleißes getroffen. Über profilometrische Messungen an den bei den Langzeitversuchen erzeugten Verschleißspuren werden mittlere Verschleißtiefen und spezifische Verschleißraten für die untersuchten Schichten ermittelt und in Bezug auf den Schichtaufbau miteinander verglichen. Aus den ermittelten Verschleißdaten werden zwei Proben ausgewählt, von welchen Querschnitte in einem FIB-System erzeugt werden sollen, um so über TEM-Aufnahmen weitere Aussagen über das mechanische Verhalten treffen zu können. Bei den Kurzeitversuchen zeigt sich, dass die Reibeigenschaften abhängig vom Schichtaufbau sind, wobei die ermittelten Reibungskoeffizienten in einem Bereich zwischen 0,13 und 0,24 liegen. In den Langzeitversuchen ist bei den meisten Schichten Verschleiß aufgetreten. Es wurden spezifische Verschleißraten zwischen 10-8 und 10-6 mm3/Nm je nach Schichtaufbau ermittelt. Der Verschleiß sowie beobachtete Transferfilmbildungen beeinflussen das Reibverhalten der unterschiedlichen Schichten.