TY - CONF A1 - Wang, Bin A1 - Mair, Georg A1 - Gesell, Stephan T1 - Determination of Distribution Function used in MCS on Safety Analysis of Hydrogen Pressure Vessel N2 - The test data of static burst strength and load cycle strength of composite pressure vessels are often described by GAUSSian normal or WEIBULL distribution function to perform safety analyses. The goodness of assumed distribution function plays a significant role in the inferential statistics to predict the population properties by using limited test data. Often, GAUSSian and WEIBULL probability nets are empirical methods used to validate the distribution function; Anderson-Darling and KolmogorovSmirnov tests are the mostly favorable approaches for Goodness of Fit. However, the different approaches used to determine the parameters of distribution function lead mostly to different conclusions for safety assessments. In this study, six different methods are investigated to show the variations on the rates for accepting the composite pressure vessels according to GTR No. 13 life test procedure. The six methods are: a) NormLog based method, b) Least squares regression, c) Weighted least squares regression, d) A linear approach based on good linear unbiased estimators, e) Maximum likelihood estimation and f) The method of moments estimation. In addition, various approaches of ranking function are considered. In the study, Monte Carlo simulations are conducted to generate basic populations based on the distribution functions which are determined using different methods. Then the samples are extracted randomly from a population and evaluated to obtain acceptance rate. Here, the “populations” and “samples” are corresponding to the burst strength or load cycle strength of the pressure vessels made from composite material and a plastic liner (type 4) for the storage of hydrogen. To the end, the results are discussed, and the best reliable methods are proposed. T2 - ICHS2019 Conference CY - Adelaide, Australia DA - 24.09.2019 KW - Monte-Carlo Simulation KW - Distribution function KW - Weibull Distribution PY - 2019 AN - OPUS4-49652 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Pimentel, A. S. O. A1 - Guesser, W. L. A1 - Custódio da Silva, W. J. R. A1 - Portella, Pedro Dolabella A1 - Woydt, Mathias A1 - Burbank, J. T1 - Abrasive wear behavior of austempered ductile iron with niobium additions N2 - Carbidic Austempered Ductile Iron (CADI) microstructures containing eutectic carbides can be produced by the addition of carbide stabilizing elements, such as chromium. Carbides formed from the addition of Cr are eutectic of M3C type. The presence of such hard phases can enhance the abrasion wear resistance of ductile iron. A new CADI can be produced by the addition of Nb. Niobium carbide particles are formed in the beginning of solidification and remain stable once they are insoluble in solid iron matrix. The dry sand abrasive wear resistance of ductile irons alloyed with 1.0, 1.8, and 2.4 wt% Nb were tested in both “as-cast” and “heat treated” conditions using standard ASTM G65. Results were compared to abrasive wear data obtained on ductile iron alloyed with 1 wt% Cr, CADI (1 wt% Cr), and the basic composition of iron without carbide stabilizing elements. In the “ascast” condition, the addition of Nb did not lead to a reduction in wear, while CADI with Nb is a promising substitute for CADI with Cr addition, because both materials showed very similar values of abrasion resistance. Micro-ploughing and micro-cutting mechanisms were observed on the worn surfaces of ductile irons. Abrasive wear resistance of these alloys was correlated with the volume fraction of carbides. KW - arbidic austempered ductile iron KW - Ductile iron KW - Niobium alloying KW - Abrasion PY - 2019 DO - https://doi.org/10.1016/j.wear.2019.203065 VL - 2019 IS - 440–441 SP - 203065 PB - Elsevier CY - Amsterdam, Niederlande AN - OPUS4-50784 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Avila, Luis A1 - Rehmer, Birgit A1 - Skrotzki, Birgit A1 - Graf, B. A1 - Rethmeier, Michael A1 - Ulbricht, Alexander T1 - Ermüdungsverhalten und Versagensmechanismen von additiv mittels LPA hergestelltem TiAl6V4 N2 - Die Untersuchung und Charakterisierung der Entwicklung/Änderung der Mikrostruktur, der mechanischen Eigenschaften sowie der Lebensdauer additiv gefertigter metallischer Werkstoffe hat bisher, vor allem im Hinblick auf die komplexe Belastungsfälle bei sicherheitsrelevanten Anwendungen, mit der rasanten Entwicklung der Fertigungstechniken nicht Schritt gehalten. Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine Charakterisierung des Ermüdungsverhaltens von additiv gefertigten TiAl6V4 im Low-Cycle-Fatigue Bereich (niederzyklische Ermüdung) nach Norm ISO 12206 mit Dehnungsamplituden von 0.3 bis zu 1.0 % und bei Raumtemperatur, 250°C und 400°C durchgeführt. Die TiAl6V4 Proben wurden aus zylindrischen Halbzeugen gefertigt, welche durch Laser-Pulver-Auftragsschweißen mit einer optimierten Aufbaustrategie hergestellt wurden. Die optimierte Aufbaustrategie beinhaltet variierende Spurüberlappungsgraden, die die Fertigung der dünnen zylindrischen Körper ohne weitere Ausgleichslagen ermöglicht. Das Werkstoffverhalten wird anhand von Wechselverformungskurven sowie einer Darstellung der Lebensdauer in einem Wöhler-Diagramm beschrieben. Ein Fitting der Lebensdauer-Daten erfolgt anhand der Manson-Coffin-Basquin Beziehung. Eine Eingangscharakterisierung der mikrostrukturellen Merkmale inklusive Bindefehler aus dem Herstellungsprozess wird durch Lichtmikroskopie und hochauflösende Computertomographie (CT) durchgeführt. Der Versagensmechanismus während der Belastung wird anhand von Zwischenuntersuchungen mit CT und einem unterbrochenen Versuch mit ausgewählten Versuchsparametern beschrieben. Nach dem Versagen wurden die Proben am REM, mit Lichtmikroskopie und mit CT fraktographisch in Längs- und Querrichtung untersucht. Die erfassten Lebensdauern sind ähnlich zu denen aus herkömmlichen Studien und liegen unter derjenigen von dem konventionell hergestellten (geschmiedeten) Werkstoff. In dieser Arbeit wurden für den untersuchten Werkstoff bei anwendungs- und sicherheitsrelevanten Belastungszuständen (hohe Temperaturen, zyklische Plastizität) neue experimentelle Daten und Kennwerte ermittelt und Verständnis über das mechanische Verhalten und die Entwicklung der Mikrostruktur aufgebaut. Darüber hinaus wurde Verständnis über die Rolle von Bindefehlern und anderen typisch für AM auftretenden Gefügemerkmalen auf das Versagensverhalten von DED-L TiAl6V4 gewonnen. T2 - DGM Fachausschuss Titan CY - Liebherr-Aerospace Lindenberg GmbH, Germany DA - 12.11.2019 KW - LCF KW - Titan KW - Ti-6Al-4V KW - Ti64 KW - TiAl5V4 KW - Additive Fertigung KW - CT KW - Mikrostruktur KW - Zugeigenschaften KW - Low Cycle Fatigue PY - 2019 AN - OPUS4-49758 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - de Zeeuw, C. A1 - Teixeira de Freitas, S. A1 - Zarouchas, D. A1 - Schilling, Markus A1 - Lopes Fernandes, R. A1 - Portella, Pedro Dolabella A1 - Niebergall, Ute T1 - Creep behaviour of steel bonded joints under hygrothermal conditions N2 - The aim of this research is to study the influence of moisture absorption at low moisture contents on the creep behaviour of an epoxy adhesive in steel bonded joints. Single lap joints were manufactured using high strength steel adherends and a two-component epoxy adhesive. The single lap joints were tested at load Levels corresponding to average lap shear stresses of±5%, 15%, 30% and 45% of the dry lap shear strength in both 40 °C air and 40 °C distilled water. Specimens were not pre-aged to be able to analyse the coupled effect of moisture and loading. The test results show that an increase in the load level resulted in an increase in the instantaneous strain and in the creep strain rate. The creep strain of single lap joints loaded in water was generally larger than for the ones loaded in air. For joints loaded in water the creep behaviour was found to be dependent on the moisture concentration in the adhesive. At low moisture percentages creep was suppressed, resulting in a lower instantaneous strain. At higher moisture percentages creep was promoted, resulting in a larger strain rate. The suppression of creep at low moisture percentages is attributed to water molecules bonding to the epoxy macromolecules, resulting in a reduction in molecular mobility and a smaller creep strain. At higher moisture percentages the plasticizing effect of the water dominates, resulting in a larger creep strain. The Maxwell threeelement solid model and Kelvin-Voigt three-element solid model were used to simulate the creep behaviour of the single lap joints loaded in air and water. The models gave good representations of the creep Response across the different load levels in both water and air, they were however unable to give a correct representation of the instantaneous strain of the single lap joints loaded in water. This is attributed to the models being unable to account for the present short-term relaxation process that is dependent on the moisture concentration. KW - C. lap-shear KW - D. aging KW - D. creep D. viscoelasticity KW - Hygrothermal KW - Viscoelastic model PY - 2019 DO - https://doi.org/10.1016/j.ijadhadh.2019.03.002 SN - 0143-7496 VL - 91 SP - 54 EP - 63 PB - Elsevier AN - OPUS4-47538 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Skrotzki, Birgit A1 - Uckert, Danilo A1 - Kühn, H.-J. A1 - Matzak, Kathrin A1 - Rehmer, Birgit T1 - Ermüdungsverhalten des warmfesten austenitischen Gusseisens EN-GJSA-XNiSiCr35-5-2 bei hoher Temperatur N2 - Die warmfeste austenitische Gusseisenlegierung EN-GJSA-XNiSiCr35-5-2 (häufig auch als Ni-Resist D-5S bezeichnet) wurde hinsichtlich ihres mechanischen Verhal-tens bei hoher Temperatur charakterisiert. Dazu wurden (isotherme) niederzyklische (LCF-) und (nicht-isotherme) thermomechanische Ermüdungsversuche (TMF) zwischen Raumtemperatur und 900 °C durchgeführt. Diese Ergebnisse dienten (zu-sammen mit weiteren Versuchsdaten) der Kalibrierung werkstoffmechanischer Modelle. Bei den höchsten Prüftemperaturen wurde Schädigung in Form von Kriechen beobachtet und metallographisch dokumentiert. T2 - 21. Werkstofftechnisches Kolloquium CY - Chemnitz, Germany DA - 06.03.2019 KW - Kriechen KW - LCF KW - TMF KW - Lebensdauer KW - Ni-Resist PY - 2019 AN - OPUS4-47548 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Avila, Luis A1 - Rehmer, Birgit A1 - Skrotzki, Birgit A1 - Graf, B. A1 - Rethmeier, Michael A1 - Ulbricht, Alexander T1 - Ermüdungsverhalten und Versagensmechanismen von additiv mittels LPA hergestelltem TiAl6V4 N2 - Die Untersuchung und Charakterisierung der Entwicklung/Änderung der Mikrostruktur, der mechanischen Eigenschaften sowie der Lebensdauer additiv gefertigter metallischer Werkstoffe hat bisher, vor allem im Hinblick auf die komplexe Belastungsfälle bei sicherheitsrelevanten Anwendungen, mit der rasanten Entwicklung der Fertigungstechniken nicht Schritt gehalten. Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine Charakterisierung des Ermüdungsverhaltens von additiv gefertigten TiAl6V4 im Low-Cycle-Fatigue Bereich (niederzyklische Ermüdung) nach Norm ISO 12206 mit Dehnungsamplituden von 0.3 bis zu 1.0 % und bei Raumtemperatur, 250°C und 400°C durchgeführt. Die TiAl6V4 Proben wurden aus zylindrischen Halbzeugen gefertigt, welche durch Laser-Pulver-Auftragsschweißen mit einer optimierten Aufbaustrategie hergestellt wurden. Die optimierte Aufbaustrategie beinhaltet variierende Spurüberlappungsgraden, die die Fertigung der dünnen zylindrischen Körper ohne weitere Ausgleichslagen ermöglicht. Das Werkstoffverhalten wird anhand von Wechselverformungskurven sowie einer Darstellung der Lebensdauer in einem Wöhler-Diagramm beschrieben. Ein Fitting der Lebensdauer-Daten erfolgt anhand der Manson-Coffin-Basquin Beziehung. Eine Eingangscharakterisierung der mikrostrukturellen Merkmale inklusive Bindefehler aus dem Herstellungsprozess wird durch Lichtmikroskopie und hochauflösende Computertomographie (CT) durchgeführt. Der Versagensmechanismus während der Belastung wird anhand von Zwischenuntersuchungen mit CT und einem unterbrochenen Versuch mit ausgewählten Versuchsparametern beschrieben. Nach dem Versagen wurden die Proben am REM, mit Lichtmikroskopie und mit CT fraktographisch in Längs- und Querrichtung untersucht. Die erfassten Lebensdauern sind ähnlich zu denen aus herkömmlichen Studien und liegen unter derjenigen von dem konventionell hergestellten (geschmiedeten) Werkstoff. In dieser Arbeit wurden für den untersuchten Werkstoff bei anwendungs- und sicherheitsrelevanten Belastungszuständen (hohe Temperaturen, zyklische Plastizität) neue experimentelle Daten und Kennwerte ermittelt und Verständnis über das mechanische Verhalten und die Entwicklung der Mikrostruktur aufgebaut. Darüber hinaus wurde Verständnis über die Rolle von Bindefehlern und anderen typisch für AM auftretenden Gefügemerkmalen auf das Versagensverhalten von DED-L TiAl6V4 gewonnen. T2 - Werkstoffwoche 2019 CY - Dresden, Germany DA - 18.09.2019 KW - Titan KW - TiAl5V4 KW - Ti-6Al-4V KW - Ti64 KW - Additive Fertigung KW - CT KW - Mikrostruktur KW - Zugeigenschaften KW - Low Cycle Fatigue KW - LCF PY - 2019 AN - OPUS4-49755 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Finn, Monika A1 - Uhlemann, Patrick A1 - Meyer, Christian A1 - Scheuerlein, C. A1 - Amez-Droz, M. A1 - Meuter, F. A1 - Konstantopoulou, K. A1 - Savary, F. A1 - Tock, J.-P. T1 - Thermomechanical properties of polymers for use in superconducting magnets N2 - The coefficient of thermal expansion (CTE) and the thermomechanical properties of the polymers used in superconducting magnets need to be known in order to predict their stress state under the different magnet assembly and operating conditions. We have measured Young’s moduli of typically used polymers during in situ heat cycles with the dynamic resonancemethod. The dynamic test results are compared with Young’s moduli determined from quasi-static stress–strain measurements at room temperature, 77 K and 4.2 K. A moderate elastic anisotropy is found for the fiber reinforced polymers. CTEs are compared based on dilation experiments. TheCTEs of the fiber reinforced polymers studied are similar to those of copper or steel. In contrast, the pure resins exhibit relatively larger CTEs. KW - Polymer KW - Superconducting magnet KW - Young´s modulus KW - Stress-strain behavior KW - Resonance testing KW - Coefficient of thermal expansion PY - 2019 DO - https://doi.org/10.1109/TASC.2019.2898321 SN - 1051-8223 SN - 1558-2515 VL - 29 IS - 5 SP - 7701605, 1 EP - 5 PB - IEEE AN - OPUS4-47616 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Nolze, Gert A1 - Winkelmann, A. A1 - Britton, T. B. T1 - Constraints on the effective electron energy spectrum in backscatter Kikuchi diffraction N2 - Electron backscatter diffraction (EBSD) is a technique to obtain microcrystallographic information from materials by collecting large-angle Kikuchi patterns in the scanning electron microscope (SEM). An important fundamental question concerns the scattering-angle dependent electron energy distribution, which is relevant for the formation of the Kikuchi diffraction patterns. Here we review the existing experimental data and explore the effective energy spectrum that is operative in the generation of backscatter Kikuchi patterns from silicon. We use a full pattern comparison of experimental data with dynamical electron diffraction simulations. Our energy-dependent cross-correlation based pattern matching approach establishes improved constraints on the effective Kikuchi pattern energy spectrum, which is relevant for high-resolution EBSD pattern simulations and their applications. KW - EBSD KW - Kikuchi pattern KW - Simulation KW - Energy distribution KW - Electron energy PY - 2019 SN - 2469-9950 SN - 2469-9969 VL - 99 IS - 6 SP - 064115-1 EP - 064115-13 PB - AIP AN - OPUS4-47635 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Nofz, Marianne A1 - Dörfel, Ilona A1 - Sojref, Regine A1 - Saliwan Neumann, Romeo T1 - Microstructure of bare and sol-gel alumina-coated nickel-base alloy Inconel 625 after long-term oxidation at 900 °C N2 - Though Ni-base superalloys show a high oxidation and corrosion resistance, coatings could still improve these properties, especially if used at temperatures up to 1000 °C. Here, a coating was prepared by applying a boehmite-sol via dip-coating and a subsequent heat treatment at 600 °C for 30 minutes. To evaluate the coating, the oxidation behavior of bare and alumina coated Ni-base alloy Inconel 625 in air at 900 °C was studied for up to 2000 h. Electron microscopic studies of sample surfaces and cross-sections showed that (i) in the 3.5 µm – 6.3 mm thick scale formed on the bare alloy, Fe and Ni are located as fine precipitates at the grain boundaries of the chromia-rich scale, (ii) Ni and Ti are concentrated to a minor degree at the grain boundaries of the scale, too; and for the coated sample: (iii) the only 1.8 µm thick sol-gel alumina coating slows down the formation of chromia on the alloy surface and reduces the outward diffusion of the alloy constituents. The protective effect of the coating was evidenced by (i) diminished chromium diffusion at grain boundaries resulting in less pronounced string-like protrusions at the outer surface of the coated IN 625, (ii) formation of a Cr-enriched zone above the alloy surface which was thinner than the scale on the uncoated sample, (iii) no detectable Cr-depleted zone at the alloy surface, and (iv) a narrower zone of formation of Kirkendall pores. KW - Inconel 625 KW - High-temperature oxidation KW - Oxidation protection KW - Sol-gel coating PY - 2019 DO - https://doi.org/10.1007/s11085-019-09888-z SN - 0030-770X VL - 91 IS - 3-4 SP - 395 EP - 416 PB - Springer Science+Business Media AN - OPUS4-47665 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kranzmann, Axel A1 - Midtlyng, Jan A1 - Schlitte, I.-V. A1 - Escoda de Pablo, S. T1 - Corrosion of VM12 SHC in Salt melt N2 - Alkali and alkaline earth chlorides are discussed as heat storage media and are characterized by their low price and high availability. Disadvantages are a high corrosion rate and formation of Cr6+ ions in the melt, as observed in various binary chlorine salt melts. In our work the system NaCl-KCl-MgCl2 is considered. The storage capacity in this salt system is between 2 and 3 MWh per 10 t salt, depending on composition, melting temperature and working temperature. At the same time the system offers a eutectic line, which allows a high variance of the composition and possibly different corrosion rates can be observed. Corrosion tests in melts were carried out and the corrosion layers investigated. The tests with chloride melts on 12% Cr steel show an inner corrosion zone of up to 40 µm depth after 96 hours. The corrosion mechanisms and potential solutions are discussed. T2 - EUROCORR 2019 CY - Sevilla, Spain DA - 09.09.2019 KW - Salt melt KW - Corrosion KW - VM12 SHC PY - 2019 AN - OPUS4-50759 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Bayerlein, Bernd T1 - Probenpräparation für AFM-basierte Untersuchungsverfahren N2 - Adapted and advanced sample preparation of semiconductor layer systems with the focused ion beam for AFM-based test methods N2 - Der vorliegende Vortrag gibt einen Überblick über Probenpräparationen mit der Focused Ion Beam (FIB) für AFM-basierte Untersuchungsverfahren. Anhand zweier Beispiele wird gezeigt, wie ionenstrahlpolierte Lamellen aus Halbleiter-Schichtsystemen elektrisch leitfähig auf Substrate platziert werden, so dass in-situ und in-operando Messungen mit Scanning Microwave Microscope (SMM) bzw. Spectroscopic infrared scanning near-field optical microscope (IR-SNOM) durchgeführt werden können. T2 - 15. Berlin-Brandenburger Präparatorentreffen CY - Potsdam/Golm, Germany DA - 11.04.2019 KW - Focused Ion Beam KW - AFM based test methods KW - Sample preparation KW - Semiconductor materials KW - Layer system PY - 2019 AN - OPUS4-47784 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - RPRT A1 - Rabe, Torsten A1 - Schulz, Bärbel A1 - Salehi, M. T1 - Alterungsbeständige keramische Federsensoren durch nanostrukturierte Werkstoffe, Präzisionsbearbeitung und hochdielektrische Nanosuspensionen N2 - Das Ziel des Gesamtvorhabens bestand darin, einen neuartigen kapazitiven Sensortyp zur hochauflösenden Bestimmung von Masse- und Gravitationskraftänderungen zu entwickeln. Bisherige Technologien nutzten dafür Federn oder Biegebalken aus gehärteten metallischen Werkstoffen, deren Alterungsverhalten die Präzision der Kräftemessung begrenzen. Grundprinzip des neuen Sensortyps ist es, eine auf die keramische Feder einwirkenden Änderung der Gewichts- oder Gravitationskraft durch eine Erfassung der Kapazitätsänderung am Sensor zu bestimmen. Dazu muss die durch Stauchung oder Dehnung der Feder entstehende Kapazitätsänderung mit hoher Auflösung reproduzierbar gemessen werden. Neben einem geeigneten Sensordesign waren Lösungen für Messsignalerfassung und -auswertung (Elektronik/Software) und die Systemintegration zu entwickeln. Die wichtigsten im Rahmen des BAM-Teilvorhabens erzielten Ergebnisse sind: - Ausgehend von kommerziellen High-end Keramikpulvern wurden durch Optimierung der keramischen Technologie nahezu porenfreie Al2O3, ZrO2 und Si3N4-Werkstoffe hergestellt und bezüglich Gefüge und Phasenbestand sowie mechanischen, thermischen und elektrischen Eigenschaften bewertet. Insbesondere die defektfreie Herstellung von nanostrukturierten Werkstoffen erforderte umfangreiche Variationen der Prozessparameter. Geeignete Werkstoffvarianten wurden für die Federherstellung ausgewählt. - Gemeinsam mit den Projektpartnern wurden Layoutvarianten für Schraubendruckfedern mit rechteckigem Windungsquerschnitt und für die Federeinbindung in das Sensorsystem erarbeitet. - 4 Federvarianten wurden an der BAM durch Hartbearbeitung von gesinterten Hohlzylindern umgesetzt. Fertigungstoleranzen von < ±10 µm für Windungsbreite, Windungshöhe und Windungsabstand und dünnfilm-kompatible innere Windungsflächen (Ra < 0,2 µm) wurden erreicht. Al2O3- und ZrO2-Federn können rissfrei und mit sehr guter Kantenqualität gefertigt werden, bei Si3N4-Federn konnten Kantenschädigungen nicht vollständig verhindert werden. - Mit der entwickelten Herstellungstechnologie können sowohl „harte“ als auch sehr „weiche“ Federn produziert werden. Federkonstanten zwischen 0,02 N/mm und 10 N/mm wurden realisiert. Die Reproduzierbarkeit der Federfertigung ist gegeben, innerhalb einer Charge unterschieden sich die Federkonstanten der gefertigten Federn nur um etwa +/- 1%. - An einem speziell entwickelten Versuchsstand wurden die Federn unter zyklischer Druckbelastung im Temperaturbereich von -20 bis +80 °C untersucht. An den Al2O3- und ZrO2-Federn wurden keine Schädigungen beobachtet, die Federkonstante wird durch die zyklische Langzeitbelastung nicht verändert. - Die Eignung der keramischen Federn für den Applikationsfall wurde mit zahlreichen Spannungs-Dehnungs-Experimenten, teilweise an speziell aufgebauten Versuchsapparaturen, untersucht. An Al2O3- und Si3N4-Federn wurde – wie erwartet – gefunden, dass die Federkonstante unabhängig von der Belastungsgeschwindigkeit ist und unter konstanter Last auch über lange Zeiträume keine Verformung auftritt. Überraschenderweise zeigten ZrO2 (TZP)-Federn ein zeitabhängiges Verhalten unter Last. Dieses ist besonders stark bei Y-stabilisierten Werkstoffvarianten ausgebildet, wurde aber mit Hochpräzisionsmessungen auch bei Ce-stabilsierten Werkstoffen nachgewiesen. Die Deformation ist reversibel, eine vollständige Relaxation wird erst nach Tagen erreicht. Aufgrund der zeitabhängigen Verformung können ZrO2 (TZP)-Federn, trotz ihrer hervorragenden Festigkeit und Bruchzähigkeit, nicht für die konzipierten Sensorfedern eingesetzt werden. - Das durch die Fa. Siegert TFT entwickelte Metallisierungs-Schichtsystem, bestehend aus aufgesputterten Ti-, Pt- und Au-Schichten verstärkt durch eine galvanisch aufgebrachte Au-Schicht, wurde an der BAM umfassend bewertet. Die Schichten sind untereinander und mit der Keramik weitgehend defektfrei verbunden, die lokale Schichtdicke schwankt jedoch bedingt durch Abschattungseffekte während der Beschichtungsvorgang. Es wurden Schichtwiderstände zwischen 50 und 90 Ohm und damit die Zielvorgabe des Projektes (< 100 Ohm) erreicht. In statischen und dynamischen Belastungstests wurden keine Veränderungen der Leitungswiderstände festgestellt. - Zur Erhöhung der Kapazität des Kondensators kann der Raum zwischen den Federwindungen statt mit Luft mit einer Flüssigkeit mit hoher Dielektrizitätskonstante gefüllt werden. Als geeignete Flüssigkeit wurde Propylencarbonat mit einer Dielektrizitätskonstante von 65, einem hohen Siedepunkt und einer geringen Viskosität identifiziert. Um eine noch höhere Dielektrizitätskonstante zwischen den Federwindungen zu erreichen. wurden Suspensionen aus Silikonöl und nanokristallinem Bariumtitanat hergestellt und bezüglich ihrer Langzeitstabiltät charakterisiert. - Gemäß den Anforderungen des Projektpartners KOMPASS wurden maßgeschneiderte Al2O3-Federn mit einer Federkonstante < 0,1 N/mm hergestellt und für den Aufbau des finalen Demonstrator eingesetzt. Die prinzipielle Funktionsfähigkeit des neuen Sensorkonzeptes auf Basis keramischer Federn wurde mit dem im Projekt aufgebauten Demonstrator nachgewiesen. Die Umsetzung der F+E-ergebnisse in eine industrielle Nutzung zur Herstellung von Gravimetern wird vom Projektpartner KOMPASS angestrebt und ist bereits mit detaillierten Zeitplänen untersetzt. KW - Langzeitstabilität KW - Sensorik KW - Keramikfeder KW - Spannungs-Dehnungs-Verhalten PY - 2019 UR - https://www.gbv.de/dms/tib-ub-hannover/1681417375.pdf UR - https://www.tib.eu/de/suchen/id/TIBKAT%3A1681417375/Alterungsbest%C3%A4ndige-keramische-Federsensoren-durch/ SP - 1 EP - 64 PB - Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung CY - Berlin AN - OPUS4-50742 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Fedelich, Bernard A1 - Grützner, Stefan A1 - Haftaoglu, Cetin A1 - Kindrachuk, Vitaliy A1 - Vöse, Markus T1 - Möglichkeiten und Grenzen der rechnerischen Bewertung der Lebensdauer von Bauteilen unter TMF: Viskoplastische Modelle N2 - In diesem Vortrag wird auf einige noch offene Frage zur Anwendung der viskoplastischen Modellierung bei Hochtemperaturermüdung. Insbesondere auf das Problem der Parameterbestimmung wird eingegangen. T2 - Workshop "Konstitutive Viskoplastische Materialmodelle" CY - Institut für Werkstoffkunde (IfW), Technische Universität Darmstadt, Germany DA - 06.11.2019 KW - TMF KW - Viskoplastisch KW - Modell KW - Hochtemperaturermüdung KW - LCF PY - 2019 AN - OPUS4-49611 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Akatsuka, C. A1 - Honma, T. A1 - Müller, Ralf A1 - Reinsch, Stefan A1 - Tanaka, S. A1 - Komatsu, T. T1 - Surface crystallization and gas bubble formation during conventional heat treatment in Na2MnP2O7 glass N2 - The crystallization behavior of sodium ion conductive Na2MnP2O7 glass was examined to clarify the crystallization mechanism. The formation of thermodynamically metastable phase, layered Na2MnP2O7, at the surface of the glass occurred. Heat treatment at 430 °C for 3 h lead to surface crystals of Na2MnP2O7 oriented with the (101) direction perpendicular to the sample surface. As the heat treatment temperature increased, the glass-ceramic samples deformed, and the presence numerous micro bubbles due to dissolved water was detected. KW - Glass-ceramic KW - Crystallization KW - Sodium ion batteries KW - Bubble formation KW - Phosphate PY - 2019 DO - https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2019.01.030 VL - 510 SP - 36 EP - 41 PB - Elsevier B.V. AN - OPUS4-49618 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Orlov, N. K. A1 - Evdokimov, P. V. A1 - Milkin, P. A. A1 - Garshev, A. V. A1 - Putlayev, V. I. A1 - Grebenev, V. V. A1 - Günster, Jens T1 - Phase equilibria in CaNaPO4-CaKPO4 system and their influence on formation of bioceramics based on mixed Ca-K-Na phosphates N2 - An investigation of the two-component phase diagram of the CaNaPO4- CaKPO4system performed using various analysis techniques is reported. The continuous solid solution series of α-CaMPO4 existing above 700 °C undergoes eutectoid decomposition during cooling to β-CaMPO4-based solid solutions enriched with Na and K, and to an intermediate nonstoichiometric compound with an ideal composition of CaK0.6Na0.4PO4. All three compounds exhibit significant volumetric effects associated with first-order phase transitions, with positive volume changes under cooling for the intermediate compound. Increased K content in ceramics based on CaKyNa1-yPO4 compositions enhances the strength properties of those ceramics, including their fracture toughness, which is associated with increased density. Increased K content also has a smaller effect of inducing phase transformations accompanied by strong volume changes. KW - Phase transformations KW - Bioceramics KW - Mixed Ca-K-Na phosphates KW - Na and K rhenanites KW - Phase diagram PY - 2019 DO - https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2019.07.044 VL - 39 IS - 16 SP - 5410 EP - 5422 PB - Elsevier Ltd. AN - OPUS4-49621 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Orlov, N. K. A1 - Milkin, P. V. A1 - Evdokimov, P. A. A1 - Putlayev, V. I. A1 - Günster, Jens T1 - Sintering of sodium and potassium tcp based ceramic for bone grafting application N2 - Biomaterials for bone replacement and grafting should possess sufficient strength, be bioresorbable and demonstrate osteoconductive and osteoinductive properties. However, resorption of modern materials for bone grafting (hydroxyapatite (HA) and tricalcium phosphate (TCP)) is reported, in some cases, to be not enough, this is why the search for more soluble compounds compared to HA and TCP looks very perspective. A possible way to increase ceramics solubility leads to partial substitution of Ca2+ -ions in Ca3(PO4)2 by alkali cations, like Na+ or/and K+. Improvement of solubility stems from decreasing lattice energy of a substituted phase, as well as the increase in hydration energy of the ions releasing from the phase to ambient solution. From this viewpoint, bioceramics based on compositions from Ca3(PO4)2 - CaKPO4 - CaNaPO4 ternary system seems to be prospective for bone replacement and grafting in the sense of resorption properties. At the same time, one should bear in mind that solubility level (resorbability) is governed not only by reduction of lattice energy but also by microstructure features. Grain sizes and porosity contribute much to dissolution rate making the study of sintering of the ceramics mentioned above highly important. To control Ca3(PO4)2 - CaKPO4 - CaNaPO4 based ceramic microstructure it is necessary to know possible phase transformations in the system and the way to manage microstructure by sintering schedule or sintering process. In this work, an isothermal section for phase diagram of Ca3(PO4)2 - CaKPO4 - CaNaPO4 ternary system is studied with several techniques. According to the XRD of quenched samples, this phase triangle has four single-phase areas at 1200˚C (Figure 1). It was shown that single-phase CaK0.6Na0.4PO4 cannot be sintered to full-dense ceramics by conventional sintering regardless time-temperature schedule. Two-step sintering technique, beneficial in the case of HA-ceramics, was unsuccessful in all cases of calcium-alkali phosphate compositions. However, field-assisted sintering techniques like, e.g. Spark Plasma Sintering (SPS), can overcome this problem due to significant impact on grain boundary diffusion. In connection with this fact, grains grow much slower retaining sintering process in a pore control regime. In this work CaK0.6Na0.4PO4 low-porous ceramics was also fabricated by FAST-methods of sintering. Moreover, other alternative sintering techniques, such as reaction sintering, may be useful in accelerating ions diffusion but stopping excessive grain growth.Strength properties of ceramics were evaluated by B3B-testing, micro- and nanoindentation techniques. Fracture toughness also becomes higher with potassium content increase, guiding porosity level. Resorption properties of sintered ceramics were studied in different solutions with pH=5 and 7.4. Acknowledgements. The research of sintering processes in calcium phosphate materials were funded by RFBR according to the research project № 18-33-00974. T2 - XVI ECerS Conference 2019 CY - Turin, Italy DA - 16.06.2019 KW - Phase transformations KW - Bioceramics KW - Mixed Ca-K-Na phosphates KW - Na and K rhenanites KW - Phase diagram PY - 2019 AN - OPUS4-49622 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Günster, Jens A1 - Zocca, Andrea T1 - Dense Powder Beds for the Additive Manufacturing of Ceramics N2 - Many of the most successful and precise additive manufacturing (AM) technologies are based on the deposition layer-by-layer of a flowable powder. Since the first pioneering work at the end of the 1980th many developments have been introduced, greatly extending the use of different materials, improving the physical properties of the components built and enhancing the accuracy of the process. Still very important issues remain nowadays, hampering a completely autonomous production of parts and even restricting the freedom of design by means of these technologies. One of the major issues is the low density and stability of the parts during the building process, which implies the need of support structures: The powder bed surrounding the part has an essential role, since it should support the structure during building, until it’s ready for removal. Moreover, the microstructure of the powder bed is a template for the microstructure of the part produced. In this context, the use of submicron ceramic powders is still a challenge. Three approaches for the stabilization and densification of powder beds will be presented: The Layerwise Slurry Deposition process LSD, the gas flow assisted powder deposition and the Laser Induced Slipcasting (LIS) of ceramic powder compacts. T2 - 43rd International Conference and Exposition on Advanced Ceramics and Composites (ICACC 2019) CY - Daytona Beach, FL, USA DA - 27.01.2019 KW - Ceramics KW - Additive Manufacturing PY - 2019 AN - OPUS4-49627 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Günster, Jens T1 - Powder-based Additive Manufacturing at Micro-Gravity N2 - Are we ready for putting a human footprint on Mars? Obviously, it is possible to send technologically challenging missions to our earth neighbors with a high level of complexity, such as enabling autonomous planetary mobility. As humanity contemplates mounting manned missions to Mars, strategies need to be developed for the design and operation of hospitable environments safely working in space for years. Humans require water and air provided by complicated equipment. Its safe operation is a great challenge and implies being prepared for all eventualities. Instead of foreseeing and preparing for all possible scenarios of machine failures and accidents, it appears logic taking advantage of the flexibility of humans and providing essential equipment for the reaction on critical situations. The supply of spare parts for repair and replacement of lost equipment would be one key pillar of such a strategy. Bearing in mind the absolute distance and flight trajectories for manned missions to Mars, supplying spare parts from Earth is impossible. Thus, in space manufacturing remains the only option for a timely supply. With a high flexibility in design and the ability to manufacture ready to use components directly from a computer aided model, additive manufacturing technologies appear extremely attractive. For metal parts manufacturing the Laser Beam Melting process is the most widely used additive manufacturing process in industrial application. However, envisioning the handling of metal powders in the absence of gravitation is one prerequisite for its successful application in space. A gas flow throughout the powder bed has been successfully applied to compensate for missing gravitational forces in micro gravity experiments. The so-called Gas Flow Assisted Powder Deposition is based on a porous building platform acting as a filter for the fixation of metal particles in a gas flow driven by a pressure difference maintained by a vacuum pump. T2 - 1st Sino-German Workshop on 3D Printing in Space CY - Beijing, China DA - 20.02.2019 KW - Zero-g KW - Additive Manufacturing KW - µ-gravity PY - 2019 AN - OPUS4-49628 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Günster, Jens T1 - Powder-based Additive Manufacturing at Micro-Gravity N2 - Are we ready for putting a human footprint on Mars? Obviously, it is possible to send technologically challenging missions to our earth neighbors with a high level of complexity, such as enabling autonomous planetary mobility. As humanity contemplates mounting manned missions to Mars, strategies need to be developed for the design and operation of hospitable environments safely working in space for years. Humans require water and air provided by complicated equipment. Its safe operation is a great challenge and implies being prepared for all eventualities. Instead of foreseeing and preparing for all possible scenarios of machine failures and accidents, it appears logic taking advantage of the flexibility of humans and providing essential equipment for the reaction on critical situations. The supply of spare parts for repair and replacement of lost equipment would be one key pillar of such a strategy. Bearing in mind the absolute distance and flight trajectories for manned missions to Mars, supplying spare parts from Earth is impossible. Thus, in space manufacturing remains the only option for a timely supply. With a high flexibility in design and the ability to manufacture ready to use components directly from a computer aided model, additive manufacturing technologies appear extremely attractive. For metal parts manufacturing the Laser Beam Melting process is the most widely used additive manufacturing process in industrial application. However, envisioning the handling of metal powders in the absence of gravitation is one prerequisite for its successful application in space. A gas flow throughout the powder bed has been successfully applied to compensate for missing gravitational forces in micro gravity experiments. The so-called Gas Flow Assisted Powder Deposition is based on a porous building platform acting as a filter for the fixation of metal particles in a gas flow driven by a pressure difference maintained by a vacuum pump. T2 - 2nd Sino-German Workshop on 3D Printing in Space CY - Berlin, Germany DA - 28.10.2019 KW - µ-gravity KW - Additive Manufacturing KW - Zero-g PY - 2019 AN - OPUS4-49629 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rabe, Torsten T1 - Alternative Verfahren zur Strukturierung von Grünfolien und Laminaten N2 - Die Strukturierung keramischer Grünfolien und Laminate ist ein wesentlicher Prozessschritt in der keramischen Multilayer-Technologie und begründet die funktionelle Vielfalt keramischer Multilayer. Benötigt wird die Grünbearbeitung für die Herstellung elektrischer und thermischer Vias sowie innerer Kavitäten und Kanäle für Transport und Lagerung von Gasen und Flüssigkeiten in hochintegrierten Schaltungsträgern, Sensoren und Reaktoren. Standardverfahren in der industriellen Fertigung sind Heißschneiden, Stanzen und Laserbearbeitung. Darüber hinaus werden auch Bohren, Fräsen, Sägen und Heißprägen verwendet. Über die Erprobung weiterer Verfahren wie Wasserstrahlschneiden, Dampfstrahlätzen und Powder Blasting wird in der Literatur berichtet. Im Vortrag werden spezifische Vor- und Nachteile der eingesetzten Verfahren beleuchtet. Abschließend werden die Kriterien für die Auswahl des optimalen Strukturierungsverfahrens diskutiert. Zusammensetzung und Gefüge sowie die dadurch bedingten mechanischen und thermomechanischen Eigenschaften sowie das Absorptionsverhalten von Grünfolien sind sehr unterschiedlich. Daraus resultieren unterschiedliche optimale Bearbeitbarkeitsparameter. T2 - DKG-Seminar "Foliengieß- und Schlitzdüsenverfahen" CY - Hermsdorf, Germany DA - 05.11.2019 KW - Stanzen KW - Keramische Folien KW - Laserbearbeitung KW - Grünfolieneigenschaften PY - 2019 AN - OPUS4-49742 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -