Pseudoelastische eisenbasierte Formgedächtnislegierungen haben in den letzten Jahren sehr an Bedeutung gewonnen, insbesondere FeMnAlNi-Legierungen. Im Rahmen dieser Arbeit wurden drei Legierungskonzepte der FeMnAlNi-Basis für die Herstellung mit industrierelevanten Parametern ausgewählt. Hierbei unterschieden sie sich nur in ihrem Mangangehalt: 28, 33 und 36% Mangan. Die Charakterisierung der erzeugten Legierungen stand neben der Herstellung ebenfalls im Vordergrund. Der Schwerpunkt lag auf den Wärmebehandlungsparametern und deren Einfluss auf Mikrostruktur, Pseudoelastizität und Funktionalität der Legierungen. Die Ergebnisse zeigen, dass eine Herstellung im Pilotmaßstab mit industrierelevanten Parametern möglich ist. Allerdings sind die betriebliche Erzeugung und das Prozessieren von hochlegierten Konzepten sehr aufwändig und nur über geeignete Anlagen möglich.
Aktualisiert: 2022-01-18
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Pseudoelastische eisenbasierte Formgedächtnislegierungen haben in den letzten Jahren sehr an Bedeutung gewonnen, insbesondere FeMnAlNi-Legierungen. Im Rahmen dieser Arbeit wurden drei Legierungskonzepte der FeMnAlNi-Basis für die Herstellung mit industrierelevanten Parametern ausgewählt. Hierbei unterschieden sie sich nur in ihrem Mangangehalt: 28, 33 und 36% Mangan. Die Charakterisierung der erzeugten Legierungen stand neben der Herstellung ebenfalls im Vordergrund. Der Schwerpunkt lag auf den Wärmebehandlungsparametern und deren Einfluss auf Mikrostruktur, Pseudoelastizität und Funktionalität der Legierungen. Die Ergebnisse zeigen, dass eine Herstellung im Pilotmaßstab mit industrierelevanten Parametern möglich ist. Allerdings sind die betriebliche Erzeugung und das Prozessieren von hochlegierten Konzepten sehr aufwändig und nur über geeignete Anlagen möglich.
Aktualisiert: 2022-01-18
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Ziel des Projektes war es, kostengünstige und langlebige Sensoren zur gezielten Dehnungserfassung bereitzustellen und so Leichtbaustrukturen aus Faserverbundkunststoffen (FVK) zu überwachen.
Ein großes Lösungspotential bieten Filamentsensoren auf der Basis von Formgedächtnislegierungen (FGL). Mit ihrer hohen Standfestigkeit gegenüber zyklischer Dauerbelastung bei gleichzeitig hoher elastischer Dehnbarkeit sowie einer dem Dehnungsmessstreifen (DMS) ähnlichen messtechnischen Umsetzbarkeit vereinen sie gleich mehrere Vorteile gegenüber anderen Systemen. Neben offenen Fragestellungen in Bezug auf das physikalische Verständnis für die Funktionsweise eines entsprechenden FGL-Filamentsensors in einer FVK-Struktur (Anbindung, Materialauswahl, etc.), wurden vor allem anwendungsbezogene Fragestellungen, wie die Konzeption und Umsetzung von konkreten Messelementen, deren Integration und das Handling während der FVK-Fertigung sowie die Messgenauigkeit unter Einsatzbedingungen eingehend untersucht.
Der Proof-of-Concept für die Technologie wurde erbracht. Die elastische Dehnbarkeit (bis 6 %), der k-Faktor (über 5) und die Ermüdungseigenschaften wurden dabei, als wesentliche Kennwerte für Dehnungssensoren, umfassend charakterisiert und sind im Vergleich zu DMS deutlich besser. Da die bisherigen Ermüdungsversuche bei 106 Zyklen (bei 0,8 % Dehnung) abgebrochen wurden, stellen die bisher ermittelten Werte noch nicht die obere Grenze dar, liefern aber bereits einen Nachweis für die bessere Ermüdungsbeständigkeit im Vergleich zu DMS. Die FGL-Sensorik zeichnet sich beim Vergleich zu DMS und Faser-Bragg-Gitter-Sensoren insbesondere durch die deutlich bessere elastische Dehnbarkeit im Vergleich zu DMS aus. Gleichzeitig sind FGL-Sensoren sensitiver als beide Vergleichssensoren.
Aktualisiert: 2022-02-17
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Trotz der technischen Vorteile von Formgedächtnislegierungen (FGL) gegenüber den auf dem Markt befindlichen Lösungen, lässt der Durchbruch dieser Technologie noch immer auf sich warten. Dies liegt vor allem am mangelnden Konstruktionswissen bei industriellen Anwendern. Dieser Problematik soll dieses Buch mit Konstruktionsrichtlinien und Produktentwicklungsmethoden entgegentreten. Es werden von den Grundlagen über Auslegungsmethodiken bis hin zu Steuer- und Regelkreisen alle für den Produktentwickler wichtigen Aspekte beschrieben.
Aktualisiert: 2023-03-14
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Trotz der technischen Vorteile von Formgedächtnislegierungen (FGL) gegenüber den auf dem Markt befindlichen Lösungen, lässt der Durchbruch dieser Technologie noch immer auf sich warten. Dies liegt vor allem am mangelnden Konstruktionswissen bei industriellen Anwendern. Dieser Problematik soll dieses Buch mit Konstruktionsrichtlinien und Produktentwicklungsmethoden entgegentreten. Es werden von den Grundlagen über Auslegungsmethodiken bis hin zu Steuer- und Regelkreisen alle für den Produktentwickler wichtigen Aspekte beschrieben.
Aktualisiert: 2023-04-01
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Trotz der technischen Vorteile von Formgedächtnislegierungen (FGL) gegenüber den auf dem Markt befindlichen Lösungen, lässt der Durchbruch dieser Technologie noch immer auf sich warten. Dies liegt vor allem am mangelnden Konstruktionswissen bei industriellen Anwendern. Dieser Problematik soll dieses Buch mit Konstruktionsrichtlinien und Produktentwicklungsmethoden entgegentreten. Es werden von den Grundlagen über Auslegungsmethodiken bis hin zu Steuer- und Regelkreisen alle für den Produktentwickler wichtigen Aspekte beschrieben.
Aktualisiert: 2023-04-03
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Formgedächtnislegierungen (FGL) stehen seit Jahren im Fokus industrieller und akademischer Forschungsvorhaben. FGL zeichnen sich in diesem Zusammenhang durch einzigartige funktionelle Materialeigenschaften aus. Über eine Änderung der Temperatur, der mechanischen Spannung oder einer magnetischen Anregung können FGL auf externe Anregungen reagieren und in Aktor- und/oder Dämpfungsanwendungen eingesetzt werden. Viele FGL Systeme leiden jedoch an zyklischer Instabilität. Im Rahmen der vorliegenden Dissertation werden daher neuartige eisenbasierte Formgedächtnislegierungen sowie Hochtemperaturformgedächtnislegierungen hinsichtlich ihrer quasistatischen und zyklischen funktionalen Eigenschaften bewertet. Einkristalline Fe-Ni-Co-Al-Ta und Co-Ni-Ga Formgedächtnislegierungen wurden in thermomechanischen Versuchsführungen unter Korrelation der sich jeweils entwickelnden Mikrostruktur mit Blick auf die Stabilität der funktionalen Eigenschaften charakterisiert. Dabei werden im Rahmen dieser Arbeit grundlegende mikrostrukturelle Mechanismen identifiziert, die zu einer Degradation der Funktionalität führen können. Über hochauflösende Mikroskopie und Neutronenbeugungsexperimente an ermüdeten Proben wird ein detailliertes Bild der Einflüsse
auf das funktionelle Ermüdungsverhalten erarbeitet. Aus den Erkenntnissen werden schließlich, unter Berücksichtigung der Literatur, Rückschlüsse auf einen grundlegenden Ermüdungsparameter in den betrachten Formgedächtnislegierungen diskutiert.
Aktualisiert: 2020-06-05
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Gegenstand dieser Arbeit ist die Untersuchung zeitabhängiger Phänomene (auf langen Zeitskalen) und mikrostruktureller Lawinen in den Formgedächtnislegierungen Ni63Al37, Au50:5Cd49:5 (Proben AuCd1371, AuCd1372, AuCd1372def) und Au52:5Cd47:5 (AuCd1376), die eine schwach diskontinuierliche martensitische Phasenumwandlung zeigen. Die Untersuchungen werden dabei mithilfe der akustischen Emissionsspektroskopie und der Röntgenphotonen-Korrelationsspektroskopie durchgeführt. Die akustische Emissionsspektroskopie ist eine geeignete Methode um die lawinenartige Phasenumwandlung im gesamten Probenvolumen detektieren und analysieren zu können. Ein wichtiges Maß dieser Untersuchungsmethode ist die akustische Aktivität, welche die Anzahl von Lawinen pro Zeit und Temperaturintervall widerspiegelt. Im Rahmen dieser Arbeit werden die martensitische und austenitische Phasenumwandlung mit unterschiedlichen Kühl- und Heizraten thermisch eingeleitet. Die akustische Aktivität liefert somit detaillierte Informationen über den intermittierenden Charakter und die Umwandlungskinetik der martensitischen Phasenumwandlung. Alle in dieser Arbeit untersuchten Proben zeigen ein Potenzverhalten für charakteristische Eigenschaften (Amplitude, Energie und Dauer) der emittierten Ultraschallwellen...
Aktualisiert: 2021-03-31
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Formgedächtnislegierungen (FGL) stehen seit Jahren im Fokus industrieller und akademischer Forschungsvorhaben. FGL zeichnen sich in diesem Zusammenhang durch einzigartige funktionelle Materialeigenschaften aus. Über eine Änderung der Temperatur, der mechanischen Spannung oder einer magnetischen Anregung können FGL auf externe Anregungen reagieren und in Aktor- und/oder Dämpfungsanwendungen eingesetzt werden. Viele FGL Systeme leiden jedoch an zyklischer Instabilität. Im Rahmen der vorliegenden Dissertation werden daher neuartige eisenbasierte Formgedächtnislegierungen sowie Hochtemperaturformgedächtnislegierungen hinsichtlich ihrer quasistatischen und zyklischen funktionalen Eigenschaften bewertet. Einkristalline Fe-Ni-Co-Al-Ta und Co-Ni-Ga Formgedächtnislegierungen wurden in thermomechanischen Versuchsführungen unter Korrelation der sich jeweils entwickelnden Mikrostruktur mit Blick auf die Stabilität der funktionalen Eigenschaften charakterisiert. Dabei werden im Rahmen dieser Arbeit grundlegende mikrostrukturelle Mechanismen identifiziert, die zu einer Degradation der Funktionalität führen können. Über hochauflösende Mikroskopie und Neutronenbeugungsexperimente an ermüdeten Proben wird ein detailliertes Bild der Einflüsse
auf das funktionelle Ermüdungsverhalten erarbeitet. Aus den Erkenntnissen werden schließlich, unter Berücksichtigung der Literatur, Rückschlüsse auf einen grundlegenden Ermüdungsparameter in den betrachten Formgedächtnislegierungen diskutiert.
Aktualisiert: 2020-06-05
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Gegenstand dieser Arbeit ist die Untersuchung zeitabhängiger Phänomene (auf langen Zeitskalen) und mikrostruktureller Lawinen in den Formgedächtnislegierungen Ni63Al37, Au50:5Cd49:5 (Proben AuCd1371, AuCd1372, AuCd1372def) und Au52:5Cd47:5 (AuCd1376), die eine schwach diskontinuierliche martensitische Phasenumwandlung zeigen. Die Untersuchungen werden dabei mithilfe der akustischen Emissionsspektroskopie und der Röntgenphotonen-Korrelationsspektroskopie durchgeführt. Die akustische Emissionsspektroskopie ist eine geeignete Methode um die lawinenartige Phasenumwandlung im gesamten Probenvolumen detektieren und analysieren zu können. Ein wichtiges Maß dieser Untersuchungsmethode ist die akustische Aktivität, welche die Anzahl von Lawinen pro Zeit und Temperaturintervall widerspiegelt. Im Rahmen dieser Arbeit werden die martensitische und austenitische Phasenumwandlung mit unterschiedlichen Kühl- und Heizraten thermisch eingeleitet. Die akustische Aktivität liefert somit detaillierte Informationen über den intermittierenden Charakter und die Umwandlungskinetik der martensitischen Phasenumwandlung. Alle in dieser Arbeit untersuchten Proben zeigen ein Potenzverhalten für charakteristische Eigenschaften (Amplitude, Energie und Dauer) der emittierten Ultraschallwellen...
Aktualisiert: 2019-03-15
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Trotz der technischen Vorteile von Formgedächtnislegierungen (FGL) gegenüber den auf dem Markt befindlichen Lösungen, lässt der Durchbruch dieser Technologie noch immer auf sich warten. Dies liegt vor allem am mangelnden Konstruktionswissen bei industriellen Anwendern. Dieser Problematik soll dieses Buch mit Konstruktionsrichtlinien und Produktentwicklungsmethoden entgegentreten. Es werden von den Grundlagen über Auslegungsmethodiken bis hin zu Steuer- und Regelkreisen alle für den Produktentwickler wichtigen Aspekte beschrieben.
Aktualisiert: 2021-01-14
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Die magnetische Formgedächtnislegierung Ni-Mn-Ga gilt aufgrund der hohen, magnetisch erzielbaren Dehnung von bis zu 10% als potentieller Kandidat für die Anwendung in Mikrosystemen. Dies erfordert die Übertragung des an Einkristallen gewonnenen Wissens auf dünne Schichten.
Diese Dissertation zeigt einen Weg zu freistehenden, für die Anwendung geeigneten Ni-Mn-Ga-Schichten. Nach grundlegenden Betrachtungen zum magnetischen Formgedächtniseffekt in Kapitel 2, werden in Kapitel 3 die Schichtherstellung mittels Kathodenzerstäubung und die verschiedenen Charakterisierungsmethoden vorgestellt. In Kapitel 4 stehen die in dünnen Schichten beobachteten Zwillingsgrenzentypen im Mittelpunkt. Kapitel 5 beschreibt einen Ansatz zur Bestimmung der Grenzflächenenergie der beobachteten Zwillingsgrenzen. Die Präparation freistehender Schichten mittels Opferschichtverfahren wird in Kapitel 6 vorgestellt. In Kapitel 7 werden die mechanischen Eigenschaften der freistehenden Schichten behandelt. Außerdem werden erste Trainingsergebnisse vorgestellt, die mit einer im Rahmen dieser Arbeit konzipierten Trainingsanlage für dünne Schichten erzielt wurden.
Aktualisiert: 2020-03-13
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Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, die Integration von Materialien in Mikrosysteme zu ermöglichen, welche sich nicht für monolitische Herstellungs- und Integrationsverfahren eignen. Eine aufwändige und somit meist kostspielige Pick-and-Place Montage wird dabei hinsichtlich der wirtschaftlichen Eignung auch für größerer Stückzahlen durch Übertragungstechniken auf der Waferebene vermieden. Als Demonstratorsystem dient ein Kunststoff-Mikroventil mit einem Aktor aus einer Formgedächtnislegierung.
Aktualisiert: 2021-02-11
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Im Rahmen dieser Arbeit werden monostabile und bistabile Mikroventile entwickelt, die in mikrofluidische Systeme integriert werden.
Aktualisiert: 2021-02-11
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