TY - CONF A1 - Bresch, Sophie T1 - Oxidkeramische Werkstoffe und Folien für thermoelektrische Multilayergeneratoren N2 - Thermoelektrische Effekte beschreiben die direkte Verknüpfung von thermischer Energie und elektrischer Energie in Festkörpern. Durch Thermodiffusionsströme entsteht direkt, ohne beweg¬liche Teile, ein elektrisches Feld als Folge einer Temperaturdifferenz. Diese Material-eigenschaft wird durch den Seebeckkoeffizienten beschrieben. Je nach Art der Ladungs¬träger sind die indu¬zierte Spannung und der Seebeckkoeffizient positiv (p-Typ) oder negativ (n-Typ). Thermo¬elek¬trische Effekte lassen sich beispielsweise in Thermo¬elementen zur Temperatur-messung, in Pel¬tierelementen zum Kühlen oder Heizen und in thermo¬elektrischen Generatoren zur Umwandlung von thermischer Energie in elektrische Energie nutzen. In thermoelektrischen Generatoren werden Schenkel aus p-Typ- und n-Typ-Materialien elek-trisch in Reihe und thermisch parallel verschaltet. Konventionell werden einzelne Schenkel aus Bismut¬tellurid auf ein metallisiertes Substrat gelötet. Man spricht vom π-Typ-Design. Aufgrund auf¬wendiger Fertigung und nicht optimaler Flächennutzung stellt dieses Design nicht die best-mög¬liche Lösung dar. Neben Telluriden gibt es noch andere vielversprechende thermoelektrische Material¬systeme wie die oxidischen Thermoelektrika. Im Temperatur¬bereich oberhalb von 700 °C können oxidische thermoelektrische Materialien mit nichtoxidischen konkurrieren. Zudem sind sie oxidationsbeständig und können aus weniger toxischen und besser verfügbaren Rohstoffen her¬ge¬stellt werden. Da es sich um keramische Materialien handelt, können unter Nutzung der Multi¬layer¬technologie (auch Vielschicht- oder Mehrlagentechnik) Generatoren im Multilayer¬design hergestellt werden. Keramische Multi¬layer¬generatoren sind aufgrund der höheren Leis¬tungs¬dichte, der Möglichkeit der gezielten Texturierung und des hohen möglichen Auto¬mati¬sierungs¬grades des Herstellungs¬prozesses eine viel¬versprechende Alternative zu konven¬tionellen π-Typ-Generatoren. Alle Lagen werden in einem Schritt co-gesintert. Die beiden zum jetzigen Zeit¬punkt wohl viel¬versprechendsten oxi¬dischen Thermoelektrika sind Calcium-cobaltit Ca3Co4O9 als p-Typ und Calciummanganat CaMnO3 als n-Typ. Die Sinter¬tem¬peratur von Ca3Co4O9 ist durch eine Phasenumwandlung bei 926 °C beschränkt. Texturiertes, dichtes Ca3Co4O9 mit einer hohen Festigkeit kann nur über Hei߬pressen hergestellt werden. Das Co-Sintern von Ca3Co4O9 und CaMnO3 war wegen der Tem¬pera¬tur¬differenz von 350 K zwischen den jeweiligen Sinterintervallen bisher nicht möglich. Ziel dieser Arbeit war deshalb die Ent¬wick¬lung von kompatiblen oxidkeramischen Werkstoffen und Folien für thermoelektrische Multilayer-generatoren auf der Basis von Ca3Co4O9 und CaMnO3. Daraus resultieren vier wesentliche Arbeitspakete. Zunächst die Materialentwicklungen von Ca3Co4O9 (p-Typ) und CaMnO3 (n-Typ) für ein Co-Sintern bei 900 °C mit akzeptablen thermoelek¬trischen Eigenschaften, dann die Entwicklung der weiteren im Generator benötigten Kompo¬nenten wie der Isolationsschicht und abschließend die Fertigung und Bewertung von Demonstra¬toren im Multi¬layer¬design. Foliengießen und druckunterstütztes Sintern ermöglichen die Herstellung von dichtem, tex-turier¬tem Ca3Co4O9 mit hoher Festigkeit und hohem Leistungsfaktor. Letzterer ist das Produkt der elek¬trischen Leitfähigkeit und dem Quadrat des Seebeckkoeffizienten. Für die elektrische Leit¬fähigkeit zeigte sich in dieser Arbeit ein kombinierter Einfluss von Sinterdichte und Textur. Die thermo¬elektrischen Eigen¬schaften lassen sich somit über die Einstellung der Mikrostruktur gezielt steuern. Durch die Optimierung der Pulversynthese, die Einführung des Sinteradditives CuO und die Kombi¬nation mit dem druckunterstützten Sintern (7,5 MPa) konnte die Sintertemperatur des CaMnO3 bei gleichbleibendem Leistungsfaktor von 1250 °C auf 950 °C gesenkt werden. Druck-unter¬stütztes Sintern von CaMnO3 ist bei 900 °C möglich, führt aber zu einem Werkstoff mit geringerem Leistungsfaktor, geringerer Dichte und ungenügender Festigkeit. Zur elektrischen Isolation der beiden thermoelektrischen Materialien wurde ein Glas-Keramik-Kompo¬sit mit hohem Volumenwiderstand und angepasstem Wärmeausdehnungs¬koef¬fizienten ent¬wickelt. Aus den zu Folien vergossenen thermoelektrischen Materialien, der siebgedruckten Iso¬lations-schicht und der siebgedruckten Metallisierung wurden mittels Multilayertech¬nologie De¬mons-tratoren hergestellt. Neben dem pn-Generator aus Ca3Co4O9 und CaMnO3 wurden auch Unileg-generatoren aus Ca3Co4O9 gefertigt. Bei Unileggeneratoren wird die Komplexität des Aufbaus durch die Verwendung von nur einem thermoelektrischen Material verringert. Die Simulation der Demonstratoren zeigte, dass der pn-Generator aus Ca3Co4O9 und CaMnO3 keine höheren Leis-tungsdichten erbringt als der aus nur Ca3Co4O9 bestehende Unileg¬generator. Auf¬grund des ge-ringen Leistungsfaktors und der geringen Festigkeit des bei 900 °C gesinterten CaMnO3 er¬scheint die Fertigung von pn-Multilayer¬generatoren aus Ca3Co4O9 und CaMnO3 derzeit nicht sinn¬voll. Die Unileg¬generatoren aus Ca3Co4O9 erreichen mit sehr hoher Reproduzier¬barkeit 2 mW/cm² bei einer Temperaturdifferenz von 230 K, dies entspricht 80 % der simulierten elektrischen Leistung. Es handelt sich hierbei um den ersten Machbarkeits¬nachweis zur Herstellung von Multilayer-generatoren auf Basis von texturiertem Ca3Co4O9 mit hohem thermoelektrischem Leistungsfaktor, hoher Dichte und hoher Festigkeit. Solch thermoelektrische Multilayergeneratoren könnten zukünftig Systeme mit geringen elek-trischen Leistungsanforderungen wie Sensoren autark und nachhaltig mit elektrischer Energie ver¬sorgen. T2 - Promotionskolloquium CY - Bayreuth, Germany DA - 25.04.2022 KW - Calciumcobaltit KW - Calciummanganat KW - Foliengießen KW - Sintertemperatur PY - 2022 AN - OPUS4-54726 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Riechers, Birte A1 - Roed, L. A1 - Mehri, S. A1 - Ingebrigtsen, T. A1 - Hecksher, T. A1 - Dyre, J. A1 - Niss, K. T1 - Predicting nonlinear physical aging of glasses from equilibrium relaxation via the material time N2 - The noncrystalline glassy state of matter plays a role in virtually all fields of materials science and offers complementary properties to those of the crystalline counterpart. The caveat of the glassy state is that it is out of equilibrium and therefore exhibits physical aging, i.e., material properties change over time. For half a century, the physical aging of glasses has been known to be described well by the material-time concept, although the existence of a material time has never been directly validated. We do this here by successfully predicting the aging of the molecular glass 4-vinyl-1,3-dioxolan-2-one from its linear relaxation behavior. This establishes the defining property of the material time. Via the fluctuation-dissipation theorem, our results imply that physical aging can be predicted from thermal-equilibrium fluctuation data, which is confirmed by computer simulations of a binary liquid mixture. KW - Physical aging KW - Equilibrium relaxation KW - Glass PY - 2022 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-546015 DO - https://doi.org/10.1126/sciadv.abl9809 SN - 2375-2548 VL - 8 IS - 11 SP - 1 EP - 8 PB - American Association for the Advancement of Science CY - Washington, DC AN - OPUS4-54601 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Heuser, Lina A1 - Nofz, Marianne T1 - Alkali and alkaline earth zinc and lead borate glasses: Structure and properties N2 - Low melting Li2O-PbO-B2O3, Me2O-ZnO-B2O3, Me = Li, Na, K, Rb and CaO-ZnO-B2O3 glasses were studied with Raman and infrared spectroscopies to advance the structural understanding of zinc borate glasses as potential candidates for substitution of lead containing glasses. Although the effect of type of alkali ions on the number (N4) of fourfold coordinated boron (B4) in the glasses is small, the alkali ions direct the type of borate groups, i.e., pentaborate in lithium, sodium, and calcium zinc borate glasses, as well as diborate in potassium and rubidium containing ones. Both groups were simultaneously found in Li2O-PbO-B2O3. Alkali ions are mainly responsible for the formation of B4-units and metaborate. Zinc ions favorably compensate non-bridging oxygen and partially form ZnO4. With decreasing N4 and field strength of the alkali ions the atomic packing density, glass transition temper ature and Young’s Modulus also decrease. The coefficient of thermal expansion increases with decreasing N4. KW - Raman spectroscopy KW - IR spectroscopy KW - Alkali zinc borate glasses KW - Lead borate glasses KW - Physical properties KW - Young’s Modulus PY - 2022 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-556109 DO - https://doi.org/10.1016/j.nocx.2022.100109 SN - 2590-1591 VL - 15 SP - 1 EP - 12 PB - Elsevier CY - Amsterdam AN - OPUS4-55610 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Ghafafian, Carineh A1 - Trappe, Volker ED - Vassilopoulos, A. P. ED - Michaud, V. T1 - Fully-reversed fatigue behavior of scarf joint repairs for wind turbine blade shell applications N2 - To enable a quick and cost-effective return to service for wind turbine blades, localized repairs can be executed by technicians in the field. Scarf repairs, shown to be highly efficient with a smooth load transition across angled joint walls and a restored aerodynamic profile, are the focus of this work. The failure mechanisms of these structures were examined under quasi-static tensile and fully-reversed cyclic loading. While the scarf ratio was held constant at 1:50, the repair layup was varied between large-to-small and small-to-large. The effect of the presence of resin pockets and the fiber orientation mismatch between parent and repair material on the restored strength of BIAX ±45° glass fiber reinforced polymer scarf joint structures was studied. T2 - 20th European Conference on Composite Materials CY - Lausanne, Switzerland DA - 26.06.2022 KW - Fatigue KW - Scarf repairs KW - Glass fiber reinforced polymers PY - 2022 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-569646 UR - https://infoscience.epfl.ch/record/298799 SN - 978-2-9701614-0-0 VL - Vol. 5 - Applications and structures SP - 195 EP - 201 PB - Composite Construction Laboratory (CCLab) CY - Lausanne AN - OPUS4-56964 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Cysne Barbosa, Ana Paula A1 - Azevedo do Nascimento, Allana A1 - Pavasarytė, Lina A1 - Trappe, Volker A1 - Melo, D. T1 - Effect of addition of thermoplastic self-healing agent on fracture toughness of epoxy N2 - Self-healing agents have the potential to restore mechanical properties and extend service life of composite materials. Thermoplastic healing agents have been extensively investigated for this purpose in epoxy matrix composites due to their strong adhesion to epoxy and their ability to fill in microcracks. One of the most investigated thermoplastic additives for this purpose is poly(ethylene-co-methacrylic acid) (EMAA). Despite the ability of thermoplastic healing agents to restore mechanical properties, it is important to assess how the addition of thermoplastic healing agents affect properties of the original epoxy material. In this work, EMAA was added to epoxy resin and the effect of the additive on fracture toughness of epoxy was evaluated. Results indicate that although added in low concentrations, EMAA can affect fracture toughness. T2 - 6th Brazilian Conference on Composite Materials CY - Tiradentes, Minas Gerais, Brazil DA - 14.08.2022 KW - Epoxy KW - Self-healing KW - Thermoplastic KW - Fracture PY - 2022 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-572707 SN - 978-65-00-49386-3 DO - https://doi.org/10.29327/566492 SN - 2316-1337 SP - 219 EP - 222 AN - OPUS4-57270 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Trappe, Volker A1 - Sachs, Patrick ED - Vassilopoulos, A. P. ED - Michaud, V. T1 - Dynamic mechanical analysis of epoxy-matrix cross linking measured in-situ using an elastomer container N2 - A new patented dynamic mechanical analysis (DMA) is presented, where the tensile, bending- or torsional stiffness of a media can be characterized in-situ during the phase transition from liquid to solid. An epoxy system, e.g. Hexion L285/H287, is filled into an elastomer container, such as a silicone tube. This can be mounted into a conventional OMA and, based on a linear viscoelastic approach, the storage modulus (E';G'), the loss modulus (E'';G'') and the loss angle tan(δ) can be measured at constant temperature as a function of time in order to investigate the liquid to sol-gel to solid transition. With this new method, the stiffness increase as a result of the cure process can be directly measured more precisely than with a rheometer in a shear plate set-up, because using an elastomer container gives a defined cross section for calculating the Young's modulus. T2 - 20th European Conference on Composite Materials CY - Lausanne, Switzerland DA - 26.06.2022 KW - Cross linking KW - Dynamic mechanical analysis (DMA) KW - Thermoset polymers KW - Cure process PY - 2022 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-569651 UR - https://infoscience.epfl.ch/record/298799 SN - 978-2-9701614-0-0 VL - Vol. 5 - Applications and structures SP - 181 EP - 186 PB - Composite Construction Laboratory (CCLab) CY - Lausanne AN - OPUS4-56965 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Azevedo do Nascimento, A. A1 - Trappe, Volker A1 - Diniz Melo, J. D. A1 - Cysne Barbosa, A. P. T1 - Fatigue behavior of self-healing glass fiber/epoxy composites with addition of poly (ethylene-co-methacrylic acid) (EMAA) N2 - The interest in repair technologies for polymer composites has increased significantly over the last decades, due to the growing use of these materials in structural applications. In this study, poly (ethylene-co-methacrylic acid) (EMAA) was used as self-healing agent to glass fiber/epoxy composite. Materials with EMAA contents of 2 wt% and 5 wt% were manufactured using Resin Transfer Molding (RTM) and the effects of the healing agent on the properties were investigated using tensile tests and Dynamic Mechanical Analysis (DMA). Results show slight variation of properties, which was more pronounced as the content of EMAA increased. In addition, the healing efficiency was investigated through fatigue tests and the addition of higher content of EMAA increased the number of cycles to failure after the healing activation cycle. KW - Fatigue KW - Glass fiber-epoxy composites KW - Self-healing KW - Smart materials PY - 2022 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-569661 DO - https://doi.org/10.1016/j.polymertesting.2022.107863 SN - 0142-9418 VL - 117 SP - 1 EP - 10 PB - Elsevier Ltd. AN - OPUS4-56966 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Malakhov, A. A1 - Epishin, A. A1 - Denisov, I. A1 - Saikov, I. A1 - Nolze, Gert T1 - Morphology and Structure of Brass–Invar Weld Interface after Explosive Welding N2 - This paper presents the results of a study of the morphology and structure at the weld interface in a brass–Invar bimetal, which belongs to the class of so-called thermostatic bimetals, or thermobimetals. The structure of the brass–Invar weld interface was analyzed using optical microscopy and scanning electron microscopy (SEM), with the use of energy-dispersive X-ray (EDX) spectrometry and back-scattered electron diffraction (BSE) to identify the phases. The distribution of the crystallographic orientation of the grains at the weld interface was obtained using an e-Flash HR electron back-scatter diffraction (EBSD) detector and a forward-scatter detector (FSD). The results of the study indicated that the weld interface had the wavy structure typical of explosive welding. The wave crests and troughs showed the presence of melted zones consisting of a disordered Cu–Zn–Fe–Ni solid solution and undissolved Invar particles. The pattern quality map showed that the structure of brass and Invar after explosive welding consisted of grains that were strongly elongated towards the area of the highest intensive plastic flow. In addition, numerous deformation twins, dislocation accumulations and shear bands were observed. Thus, based on the results of this study, the mechanism of Cu–Zn–Fe–Ni structure formation can be proposed. KW - Explosive welding KW - Thermobimetal KW - Grain structure KW - Brass KW - Invar PY - 2022 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-565964 DO - https://doi.org/10.3390/ma15238587 SN - 1996-1944 VL - 15 IS - 23 SP - 1 EP - 10 PB - MDPI AN - OPUS4-56596 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Höhne, Patrick T1 - Optimized spray granules for dry pressing by means of slurry destabilization and ultrasonic atomization N2 - The homogeneous introduction of organic additives is a prerequisite for good processability of ceramic powders during dry pressing. The addition of organic additives by wet route via ceramic slurries offers advantages over dry processing. The organic content can be reduced and a more homogeneous distribution of the additives on the particle surface is achieved. In addition to the measurements of zeta potential and viscosity, sedimentation analysis by optical centrifugation was also tested and successfully used to characterize the ceramic slurries and accurately evaluate of the suitability of different types, amounts, and compositions of organic additives. Spray drying of well-stabilized slurries usually results in mostly hollow granules with a hard shell leading to sintered bodies with defects and reduced strength and density. By purposefully degrading the slurry stability after dispersion of the ceramic powder, the drying behavior of the granules in the spray drying process and thus the granule properties can be influenced. Destabilization of the slurry and thus partial flocculation was quantified by optical centrifugation. Spray drying of the destabilized alumina slurries resulted in "non-hollow" granules without the detrimental hard shell and thus improved granule properties. Further improvement of the granules was achieved by installing ultrasonic atomization in the spray dryer. A narrower granule size distribution was achieved, which had a positive effect on, among other things, the flowability of the granules. Specimens produced from this granules had fewer defects of smaller size, leading to better results for the density and strength of the sintered bodies. The observations made for alumina could be transferred to zirconia and as well to ZTA with 20 wt% zirconia. T2 - Ceramics in Europe 2022 CY - Krakau, Poland DA - 10.07.2022 KW - Ultrasound KW - Spray drying KW - Slurry PY - 2022 AN - OPUS4-56171 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Bettge, Dirk A1 - Klinger, Christian T1 - Schadensanalyse an Fahrradkomponenten - Fraktographie, Ursachen, Prävention N2 - Komponenten von Fahrrädern werden im Betrieb vorwiegend schwingend beansprucht. Typische Werkstoffe sind Stahl, Aluminiumlegierungen, Messing, CFK und thermoplastische Kunststoffe. Da es sich, unabhängig von der Preiskategorie, um konstruktiven Leichtbau handelt, werden einige Bauteile betriebsfest mehr oder weniger weit oberhalb der Dauerfestigkeit ausgelegt. Die im normalen Betrieb auftretenden Schäden sind daher weit überwiegend Schwingbrüche. Andere Schadensmechanismen wie z.B. Korrosion spielen quantitativ eine untergeordnete Rolle. Schwingbrüche treten nach einer Periode unbemerkten Risswachstums oft ohne Vorwarnung und ohne makroskopische Verformung auf. Im Falle von sicherheitsrelevanten Komponenten wie Rahmen, Gabeln, Lenkern, Sattelstützen, Kurbelarmen oder Pedalen kann dies zu erheblichen Personenschäden führen, die den Wert des ursächlichen Bauteilschadens weit überschreiten. Über einen langjährigen Zeitraum wurden gebrochene Komponenten aus dem Alltag und aus Gerichtsverfahren analysiert. Das Hauptaugenmerk lag hierbei auf der fraktographischen Analyse, teilweise wurden die zu Grunde liegenden Schadensursachen ermittelt. Einflussfaktoren sind beispielsweise konstruktive Kerben an ungünstigen Stellen, aber auch Werkstoffwahl und Fertigungsqualität spielen eine Rolle. In den meisten Fällen wurde jedoch die konstruktive Lebensdauer überschritten. Diese wird praktisch nie mitgeteilt, und eine wiederkehrende Prüfung sicherheitsrelevanter Bauteile findet nicht statt. Im Sinne der Vermeidung von Schäden und Unfällen könnte darauf hingewirkt werden, für sicherheitsrelevante Komponenten Lebensdauern besser abzuschätzen und von der Laufleistung abhängige Sichtprüfungen zu empfehlen. T2 - DGM Tagung Werkstoffprüfung CY - Dresden, Germany DA - 26.10.2022 KW - Fraktographie KW - Fahrrad KW - Lebensdauer KW - Öffentliche Sicherheit KW - Schadensanalyse KW - Schadensprävention PY - 2022 AN - OPUS4-56122 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -