In der vorliegenden Arbeit wird der Einfluss der Schleif- und Fräsbearbeitung auf die Oberflächenqualität, die wirkenden Abtragmechanismen und die mechanischen Eigenschaften von kohlenstofffaserverstärktem Siliziumcarbid (C/SiC) untersucht. Als Versuchswerkstoff wurde ein kommerzieller C/C-SiC-Werkstoff verwendet, für den, anhand eines Analogieversuchs mit einem Ritzdiamanten grundsätzlich spröde Abtrageigenschaften für die SiC-Matrix und von der Faserorientierung abhängige, grenzflächengestützte Mechanismen für die C/C-Faserbereiche ermittelt wurden. Das verfahrenstechnische Potential beim Fräsen besteht, im Vergleich zum Schleifen, in der Einstellung höherer Vorschübe. Eine Vorschuberhöhung resultiert allerdings auch in einer Zunahme des Oberflächenfehlers, was mit dem Zusammenhang mit den Abtragmechanismen erklärt werden kann. Ein Zusammenhang der Fräs- oder Schleifbearbeitung zur Biegefestigkeit konnte nicht hergestellt werden. Obwohl sich die Rauheitswerte einer geschliffenen und einer gefrästen Oberfläche mehr als um den Faktor drei unterscheiden, sinkt die Biegefestigkeit lediglich um 4 %.
Aktualisiert: 2022-12-22
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Durch den Einsatz einer ionischen Flüssigkeit (IL) konnten aus verschiedenen Zellstoffen über einen Trocken-Nass-Spinnprozess Cellulosefilamentfasern hergestellt werden. Durch Anpassung der Spinnbedingungen war es möglich Cellulosefasern für technische und textile Bereiche zu entwickeln. Die hergestellten Fasern wurden mittels Rasterelektronenmikroskopie (REM), Weitwinkelröntgendiffraktion (WAXS), Doppelbrechung, des Wasserrückhaltevermögens und mechanischer Prüfung untersucht. Kristallinität, Gesamtorientierung korrelierten unteranderen mit den mechanischen Eigenschaften der Fasern. Im Weiteren wurden sowohl Fasern aus dem IL-basiertem Spinnprozess als auch sogenannte Reifencordfasern als Carbonfaser (CF) Präkursoren eingesetzt. Im ersten Schritt der CF-Herstellung erfolgte eine kontinuierliche Stabilisierung erfolgte in einem neuartigen Niederdruckprozess. Die Charakterisierung der stabilisierten Fasern erfolgte über REM, WAXS, Elementaranalyse (EA), Infrarotspektroskopie und der Bestimmung des Limiting Oxygen Index. Die Carbonisierung erfolgte in kontinuierlichen Versuchen. Die erhaltenen CFn wurden mittels Elementaranalyse, mechanischer Prüfung, REM, Raman-Spektroskopie, Transmissionselektronenmikroskopie und WAXS-Messungen untersucht. Weiterhin wurden Cellulose-basierte Materialien (Fasern und Vliese) als Trägermaterial für Polyethylenimin (PEI) eingesetzt. Für die PEI-Cellulosematerialien konnte über Thermogravimetrie mit nachgeschalteter Gasanalyse eine zyklenstabile CO2-Sorptionskapazität bestimmt werden.
Aktualisiert: 2023-01-01
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As people become increasingly interested in electric vehicle concepts, there is a great demand for materials for the corresponding charging infrastructure, electric engines and automotive wiring. Taking into account the requirements for strength and electrical conductivity of the material this study outlines the correlation of microstructure and mechanical behavior of 16 copper alloys for applications up to 900 K. Based on pure and low alloyed copper the impact of phases and grain boundaries on mechanical properties and electrical conductivity was investigated. The aim was to identify the appeared strengthening mechanisms for each alloy. Measurement of the mechanical behavior vs. temperature was the preferred method to assess the relative influence of the four types of modification on total strength: Hall-Petch strengthening due to ultrafine grains, dispersion hardening, precipitation hardened microstructure and constitutional complex alloys (CCA).
Aktualisiert: 2019-12-27
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Additive Manufacturing Processes are commonly used to generate prototypes in industrial environments. One such process is the 2½-dimensional Fused Layer Manufacturing (FLM) ptototyping process. The FLM uses thermoplastic filaments to create physical parts for initial investigations and inspections. However, the current FLM process is not capable of producing functional prototypes due to the weak interlayer cohesion of the parts. The weakness of the internal structure is due to the marginal interlaminar bonding of each layer to the top layer which is additionally overlapped by continiously generated notches inside the structure of the parts.
By using an enhanced low-cost FLM-device (at a cost of typically 1.000 €) with open build space and open-source software, it is possible to create a significant interlayer-bonding improvement. If the surface of the part is exposed to a higher temperature at the moment of joining, either by focused infrared radiation or the use of hot air, then the overall layer cohesion is significantly increased. The enhanced layer cohesion due to molecular entanglements can be quantified by impact-testing the parts according to the Charpy method, and the the optical appearance of the fracture surface is changed due to crazing. The improvement of the interlayer bonding is represented by the increase of impact energy. By optical microscopy it can be shown that layer cohesion is increased by use of the methodically developped process enhancements.
Identical test specimen were manufactured using a high-end FLM device (investment cost of the order of 15.000 €) with a build-chamber temperature of 75 °C, and were tested under similar conditions. The results here showed comparable interlayer-bonding as obtained by the low-cost FLM device, thus validating the improved deposition process developed for producing functional prototypes with a low-cost FLM device.
Aktualisiert: 2022-09-30
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In dieser Arbeit erfolgte die Herstellung von AlSi12-basierten Verbunden mit Verstärkungselementen aus metallischen Glas Ni₆₀Nb₂₀Ta₂₀ mit Hilfe des schmelzmetallurgischen Verfahrens der Gasdruckinfiltration. Es wurden Untersuchungen zur Ermittlung der mikrostrukturellen, mechanischen und thermischen Eigenschaften sowie der Schädigungsmechanismen durchgeführt. Die erzielten Ergebnisse tragen zu einem verbesserten Verständnis der Prozess-Gefüge-Eigenschafts-Beziehungen dieser Materialklasse bei. AlSi12-based metal matrix composites using metallic glass Ni₆₀Nb₂₀Ta₂₀ as reinforcement were produced via gas pressure melt infiltration technique. Comprehensive investigations were performed to determine the composite´s microstructural, mechanical and thermal properties as well as damage mechanisms. The results contribute to a better understanding on the material´s processing-structure-property relations.
Aktualisiert: 2021-02-11
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The operating temperature and thus the efficiency of jet engines are significantly affected by the temperature capability of turbine disc alloys. Hence one objective of this theses was to characterize in detail the thermal stability of the polycrystalline γ‘-hardened nickel-based superalloy Allvac 718Plus. Contrary to Inconel 718, the most common representative of this alloy type, long term aging at temperatures up to 700 °C does not degrade the microstructure to a large extend. Using transmission electron microscopy only a slight coarsening of the γ‘ particles in the order of a few nanometer could be detected. While the creep strength decreases continuously with increasing γ‘-size, the yield strength is initially not affected.
Analysis of the single process steps revealed that the strong local dependency of the microstructure is a consequence of the forging process. The main factors which influence the volume fraction and morphology of the grain boundary η-precipitates are the degree of deformation and the adiabatic heat dissipated during forging. Within forgings below the η-solvus temperature different fractions of blocky η-phase can be identified which can be clearly distinguished from the typical thin lamellae morphology. Furthermore, these blocky η-precipitates are not randomly oriented, but show a certain degree of parallel alignment. The correlation with finite element simulation confirms that the alignment is connected to the direction of the local material flow during forging.
A strong alignment of the η-precipitates additionally causes an extraordinarily strong, so far unknown, effect on the crack propagation behavior and dominates all other microstructural aspects. However, the crack propagation rate depends on the orientation of the η-plates with respect to the crack plane, which causes strong anisotropic material behavior. Micro-cantilever experiments proved that the effect of the η-phase can be attributed to the oxidation behavior of these precipitates and their phase boundary to the surrounding γ-matrix. Additionally, focused ion beam tomography demonstrated the deflection of a crack caused by an η-plate and its subsequent propagation along the weak oxidized η/γ-interface. Consequently, a tailored alignment of secondary grain boundary precipitates with respect to the local stress state during operation has a very high potential to achieve a significant improvement of the crack propagation behavior of nickel-based superalloys.
Aktualisiert: 2019-12-27
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Various thermal wood modification technologies have been developed in Europe during the past decades that differ notably in the process conditions applied. However, the changes in wood properties by thermal modification, the underlying modes of action and their link to the process conditions are still not fully understood. This thesis investigates the influence of different process conditions in open and closed reactor systems on the resulting properties of thermally modified wood. In closed reactor systems, elevated water vapor pressure accelerates the thermal degradation of wood polymers and results in high mass loss levels even at mild treatment temperatures. However, in addition to the loss in wood mass, a strong influence of drying and softening of wood at elevated temperatures as well as an increased cell wall matrix stiffness by modification of the lignin carbohydrate complex under dry heat conditions influences the wood properties, i.e. water sorption. For wood thermally modified in open reactor systems at different peak temperatures and durations, the surface performance is investigated with regard to the susceptibility to surface cracking, photodegradation and coatability. The results provide explanations why the performance of thermally modified wood in exterior applications does not always meet the expectations derived from its enhanced resistance against decay fungi.
Aktualisiert: 2019-06-18
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Die rund 400 nationalen und internationalen Normen, die das Handbuch Kunststoffe bereitstellt, spiegeln den aktuellen Stand der Normung für die Herstellung von Kunststoffen wider. Zielgenau auf die Bedürfnisse seiner Nutzergruppen zugeschnitten, enthält jeder der insgesamt vier Bände die wichtigsten normativen Festlegungen zu folgenden Bereichen: Band 1: Mechanische und thermische Eigenschaften, Prüfnormen // Band 2: Chemische und optische Gebrauchseigenschaften, Verarbeitungseigenschaften, Prüfnormen // Band 3: Thermoplastische Kunststoff-Formmassen // Band 4: Duroplastische Kunststoff-Formmassen und verstärkte Kunststoffe. Mit einem per Abonnement auf Dauer aktuell gehaltenen Dokumentenbestand (1 bis 2 Ergänzungslieferungen pro Jahr) liefert das Gesamtwerk die besten Voraussetzungen zur effektiven Umsetzung der normativen Festlegungen.
Aktualisiert: 2023-01-02
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Natürliche Verbundwerkstoffe wie Perlmutt oder Zahnschmelz weisen im Vergleich zu ihren Ausgangsmaterialien eine bemerkenswerte Kombination von Festigkeit, Steifigkeit und Schadenstoleranz auf. Zurückgeführt wird dies auf ihren hierarchischen Aufbau über mehrere Längenskalen. Inspiriert durch dieses Bauprinzip wurde in dieser Arbeit ein Ansatz zur Herstellung eines hierarchischen Keramik-Polymer-Verbundwerkstoffs untersucht. Über unterschiedliche Beschichtungsprozesse auf verschiedenen Längenskalen wurden die hierarchischen Ebenen mit Modellmaterialien sukzessive synthetisiert und mechanische und funktionelle Eigenschaften auf verschiedenen Ebenen sowie einflussgebende Parameter untersucht.
Natural composites such as nacre or enamel exhibit a remarkable combination of strength, hardness, and damage tolerance when being compared to the attributes of their single constituents. This is believed to be the result of their hierarchical structuring on several length scales. Inspired by this building-principle in this work a process was investigated to create a hierarchical bulk ceramic-polymer-composite. By using different coating techniques for different length scales, successively hierarchical levels were synthesized using model materials. Subsequently mechanical and functional properties on different levels and influencing parameters were investigated.
Aktualisiert: 2019-06-18
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Aktualisiert: 2018-08-03
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