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- 6.1 Oberflächen- und Dünnschichtanalyse (615)
Paper des Monats
- ja (99)
Niedrigsinternde Glas-Keramik-Komposite (LTCC, low temperature co-fired ceramics) werden erfolgreich als kompakte, mehrlagige Schaltungsträger in der Automobilindustrie und Hochfrequenztechnik eingesetzt. Dazu werden sie mit Verfahren der Folien- und Multilayertechnik verarbeitet und gemeinsam mit aufgedruckten Metallisierungen bei Temperaturen bis 900 °C co-gesintert. Besonders bei hohen Anforderungen an die Reproduzierbarkeit der Sinterschwindung hat sich das Sintern mit axialer Druckunterstützung etabliert, wodurch unter anderem die Schwindung in der Ebene der Einzelfolien unterdrückt werden kann. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die LTCC-Drucksintertechnologie unter zwei Gesichtspunkten weiterzuentwickeln:
• Erarbeitung eines einfachen und praktikablen Verfahrens zur Modellierung und Simulation des Verfahrens,
• prozessintegrierte Erzeugung maßgeschneiderter, speziell dünnfilmfähiger Oberflächenstrukturen.
Für die Simulation der Sinterung wurde das Modell der Mastersinterkurve ausgewählt. Die Eignung des Modells zur Beschreibung von LTCC-Werkstoffen wird zunächst ohne Druckunterstützung nachgewiesen. Dabei werden die Mastersinterkurven von frei gesinterten Pulverpresslingen und Folienlaminaten, deren Schwindung in der Ebene unterdrückt ist, quantitativ gegenübergestellt. Außerdem wird eine Methode vorgeschlagen und experimentell bestätigt, mit der die Schwindungsfehlpassung von Werkstoffkombinationen bei druckloser Co-Sinterung von berechnet werden kann. Die Modellierung der druckunterstützten Sinterung basiert auf thermomechanischen Analysen eines verbreitet angewendeten, kommerziellen LTCC-Werkstoffs (DuPont GreenTape DP951) im Druckbereich von 2 kPa bis 500 kPa. Die Auswertung der Messwerte und Entwicklung der Mastersinterkurven erfolgt unter Berücksichtigung der Kriechverformung des Werkstoffs unter Druck und wird durch grundlegende Untersuchungen zur für dieses Modell obligatorischen Bestimmung der Aktivierungsenergie ergänzt. Mit einer konstanten Aktivierungsenergie von 400 kJ/mol werden Mastersinterkurven für verschiedene Drücke aufgestellt und mit Anpassungsfunktionen modelliert. Die mit Hilfe der Anpassungsfunktionen simulierten Sinterkurven stimmen gut mit den Messungen überein. Das Modell wird als geeignet und praktikabel bewertet.
Die prozessintegrierte Erzeugung maßgeschneiderter Oberflächenstrukturen erfolgt über die im Drucksinterprozess eingesetzten Brennhilfsmittel. Zur Einstellung gewünschter Rautiefen auf den gesinterten Oberflächen werden Opferfolien aus Al2O3 mit unterschiedlichen Partikelgrößenverteilungen und eine Opferfolie aus hexagonalem BN vorgestellt, die über Rückstandsschichten auf der LTCC-Oberfläche die Oberflächenstruktur bestimmen. Der Zusammenhang von Opferfolieneigenschaften und Oberflächencharakteristika wird an verschiedenen LTCC-Werkstoffen beschrieben. Die Rauheit einer druckgesinterten LTCC-Oberfläche kann über die Partikelgröße der Opferfolien gezielt verändert werden. Zur Herstellung dünnfilmkompatibler, rückstandsfreier Oberflächen im Drucksinterprozess wird glasartiger Kohlenstoff als Brennhilfsmittel eingeführt. Damit wird eine Regelung des Sauerstoffpartialdrucks während des Brandes erforderlich. Eine vollständige thermische Entbinderung der Grünfolien ist aufgrund von Kohlenstoffrückständen auf den Partikeloberflächen erst oberhalb 500 °C möglich. Einflüsse der Prozessparameter Druck und Haltezeit auf die resultierende Oberflächenstruktur werden aufgeklärt und optimale Prozessfenster für die untersuchten Werkstoffe angegeben. Mit dem entwickelten Verfahren können zum ersten Mal verschiedene LTCC-Substrate mit dünnfilmfähigen Oberflächen nacharbeitsfrei durch Drucksintern hergestellt werden.
Die Ergebnisse zur Modellierung und Simulation leisten einen wertvollen Beitrag zur Einsparung von Energie, Zeit und Kosten bei der Gestaltung von Drucksinterprozessen. Die erarbeiteten Brennhilfsmittelkonzepte können ressourcenaufwändige Nacharbeit teilweise ersetzen und eröffnen durch die Dünnfilmeignung der Oberflächen neue Anwendungsgebiete der Drucksintertechnologie in der Sensor und Mikrosystemtechnik.
Die Wirkung von Schwarzpulver und anderen pyrotechnischen Salzen sowie pyrotechnischer Munition bei Brand- und Explosionsversuchen in einem Reihengebäude in Ausblasebauart wurde in unterschiedlicher Anordnung dieser Stoffe und mit verschiedenen Ausblasewänden untersucht. Die Explosionsparameter Druck, Wärmestrahlung und Flammenausbreitung geben Auskunft über die Gefährdung der Umgebung und benachbarter Räume.
Entsprechende Versuche wurden in einem kleinen Stahlmodell (1 m3) durchgeführt, wobei d1e Untersuchung von Einflußgrößen und besonderen Phänomenen der Druckentlastung im Vordergrund stand. Weitere Versuche unter anderen Bedingungen waren z.B. Freifeldmessungen zur Ermittlung von Druckausbreitungsfunktionen. Die Übertragbarkeit der Ergebnisse wurde diskutiert und sofern möglich mathematisch formuliert.
Für die quantitative Unterscheidung der Lagergruppen 1.3 und 1.4 der Zweiten Verordnung zum Sprengstoffgesetz wurde ein Wärmestrahlungsmeßsystem entwickelt und erprobt, das den vielfältigen Reaktionsmöglichkeilen verpackter pyrotechnischer Gegenstände gerecht wird und daher allgemein verwendbar ist.
Psychophysikalische Experimente zur Ermittlung des visuellen Farbsehsystems, insbesondere Experimente über Farbempfindungsmerkmale Buntton und Buntheit in In- und Umfeldern verschiedener Farben und Leuchtdichte. Besondere Bedeutung für die Bereiche Farbfotografie, Farbfernsehen, Mehrfarbendruck, Bildschirmfarbgrafik.
Die Schweißeigenspannungen beeinflussen den gesamten Spannungszustand einer Konstruktion, insbesondere wenn sie aus hochfestem Stahl hergestellt worden ist. Sie können sogar Ursache für sprödes Versagen sein. Die Untersuchungen befassen sich mit der Schrumpfung und Eigenspannungsverteilung an geschweißten Stahlblechen sowie mit dem Einfluss der Eigenspannungen auf das Sprödbruchverhalten.
Zusätze von wässrigen Kunststoffdispersionen verändern Festbetoneigenschaft, haben aber auch Einfluss auf die Verarbeitbarkeit des Frischbetons. Die Ergebnisse der Untersuchungen geben Anhaltspunkte dafür, wie solche Betone bei extremen, aber in der Praxis zu erwartenden klimatischen Beanspruchungen reagieren.
Untersuchungen zur Prüfung von Beton auf Frostwiderstand ISBN 3-88314-298-0 Gefügespannungen wie sie durch thermodynamische Vorgänge im Frost-Tau-Wechsel erzeugt werden, können auch bei Trocknungs- und Sättigungswechsel entstehen und zu Materialänderungen führen. Die Untersuchungen beziehen sich auf die Ermittlung des kritischen Sättigungsgrades.
Untersuchungen zum Frequenzeinfluß auf die Schwingungsrißkorrosion von Offshore-Konstruktionen
(1985)
Offshore-Bauwerke sind durch den Seegang schwingenden Beanspruchungen ausgesetzt. Die anregenden Frequenzen sind je nach Wellenhöhe sehr unterschiedlich. Der Verdacht, dass besonders die niedrigsten Frequenzen die Lebensdauer von Offshore-Bauwerken drastisch herabsetzen, führte zu dem vorliegenden Vorhaben, in dem der Einflussparameter Frequenz in einem weiten Bereich von 0, 01 bis 10 Hz variiert wurde. Durchgeführt wurden 4-Pkt.- Biegeversuche mit geschweißten und ungeschweißten Proben aus Stahl St E 460 in Luft, bei freier Meerwasserkorrosion und bei kathodischem Korrosionsschutz. Untersucht wurde auch die Lebensdauer bis zu Anriss und der Rissfortschritt. Mit Erfolg wurde eine neuentwickelte servo-pneumatische 16fach-Prüfanlage verwendet.
Anhand eines Modellkorrosionselementes ist durch Messen des Kurzschlußstromes der Einfluß von Sauerstoff, Salzgehalt, gelöstem Kupfer und Inhibitoren auf das Korrosionsverhalten von Stahlheizkörpern gegenüber Heizungswässern untersucht worden. Die Untersuchungen haben gezeigt, daß Elementkorrosion bereits bei Sauerstoffgehalten einsetzt, die technisch oft gar nicht zu vermeiden sind. In vollentsalzten Wässern gibt es keine Elementkorrosion. Salze jeder Art erhöhen hingegen das Schadensrisiko. Enthärtete Wässer und Trinkwässer sind also korrosiver als salzfreie Heizungswässer. Gelöstes Kupfer übt an Heizungssystemen aus Stahl keinen korrosionsfördernden Einfluß aus. Jedoch können benzoat- und nitrithaltige Inhibitorgemische die Elementkorrosion stimulieren. Heizkörper mit elementbegünstigenden Konstruktionsmerkmalen sind korrosionsanfälliger als solche ohne diese.
Diese Publikation berichtet einführend über Grundlagen der Wirbelstromprüfung, um dann die derzeit geläufigen Verfahren zu erörtern. Es folgen die Prüfergebnisse der Impuls- Wirbelstromprüfung, wobei nur reine Fehlersignale ohne Einfluss von Störparametern untersucht werden. Ergänzungen durch Beispiele aus dem Bereich der kerntechnischen Qualitätssicherung.
Das adhäsive Versagen von metallischen Gleit- oder Wälzpaarungen ist in der Praxis wegen des spontanen Ausfalles von Maschinen sehr gefürchtet. Dieses durch adhäsive Wechselwirkungen der Kontaktpartner bedingte Versagen wurde auf einer Amsler- Verschleißprüfmaschine mit einem Zwei-Scheiben-Prüfsystem unter Misch- bzw. Grenzreibung für Gleitbeanspruchungen untersucht.
1. Fachbericht des Forschungsvorhabens 150 460 (siehe 131 und 143). Darstellung von Untersuchungen zum mechanischen Verhalten unterschiedlicher Betonstähle bei Variation der Dehngeschwindigkeit in einem großen Bereich, die Veränderungen des mechanischen Verhaltens von Betonstahl, insbesondere die Veränderung der Kennwerte der Festigkeit und der Verformungsfähigkeit qualitativ und quantitativ zu bestimmen.
Es wird ausgeführt, dass die Wiederaufbereitung ausgedienter Brennelemente aus Druck- bzw. Siedewasserreaktor-Kernkraftwerken "schadlos durchführbar und wirtschaftlich vertretbar" ist und damit Vorrang hat vor einer Entsorgung ohne Wiederaufbereitung. In der Wiederaufbereitungsanlage Wackersdorf sind alle notwendigen Entsorgungsschritte von der Eingangslagerung bis zur endlagergerechten Behandlung von radioaktiven Abfällen zusammengefasst.
An zwei mit Flüssiggas (Propan) gefüllten Lagerbehältern mit Brandschutzisolierung wurden Brandversuche über eine Dauer von bis zu 90 Minuten durchgeführt. Für eine Brandschutzisolierung wurde erstmals experimentell die Erfüllung der entsprechenden Brandschutzanforderungen der Technischen Regel Druckbehälter TRB 610 nachgewiesen.
Zeitstandverhalten und strukturelle Veränderungen von vielfach wiederverarbeiteten Polyethylenen
(1985)
Wiederverarbeitung von Produktionsabfällen, möglichst in demselben Produktionsbetrieb oder Produktionszweig, in dem sie entstanden sind. Im Unterschied zu Recycling liegen hier vor Beginn der Wiederverarbeitung sortenreine, nicht verunreinigte und nicht durch Praxisbeanspruchung geschädigte Abfälle vor, sogenannte Reststoffe.
Zur wärmeschutztechnischen Beurteilung hinsichtlich von Transmissionswärmeverlusten (k- Wert-Berechnung), Tauwasserbildung und Wärmebrückenwirkungen im Anschlussbereich Fenster-Wand wurde ein eigenentwickeltes Rechenprogramm zur Berechnung dreidimensionaler Temperatur- und Wärmestromverteilungen eingesetzt, das quaderförmige Volumenelemente, finite Differenzen und ein sehr leistungsfähiges, direktes Blockeliminationsverfahren benutzt.
Ergebnisse der an den Spannbetonriegeln durchgeführten Untersuchungen. Schwerpunkte waren Begutachtung des Zustandes der Betonoberflächen, Ermittlung der Betondruckfestigkeit, der Karbonatisierungstiefe, der Konzentration und Eindringtiefe von Chloriden, Ermittlung der Tragfähigkeit im Belastungsversuch, etc.
Darstellung der Anwendungen und Zukunftsperspektiven keramischer Werkstoffe zur Reibungs- und Verschleißminderung und Beschreibung der Beweggründe für den Einsatz von Keramik im High-Tech-Bereich sowie deren Wandel mit fortschreitendem Entwicklungsstand. Anschließend folgen Arbeiten, die sich mit der Reaktion keramischer Oberflächen auf statische und tribologische Gleitbeanspruchungen befassen.
Es wurden Ermüdungsversuche an großen geschweißten I-Blechträgern bei wechselnder bzw. schwellender Einstufen-Beanspruchung durchgeführt. Untersucht wurden E-Hand- Schweißungen: Querbeanspruchte Stumpfstöße und längsbeanspruchte Halsnähte, die sowohl als Werkstattschweißung als auch als Montageschweißung ausgeführt waren. Ebenfalls wurde untersucht, wie die Schwingfestigkeit von Halsnähten durch eine Automaten-Schweißung beeinflusst wird.
Es wird ein Rechenverfahren vorgestellt, das die Randelementmethode zur Beschreibung des Bodens mit der Finite-Element-Methode für das Bauwerk verbindet. Am Grundproblem der Bauwerk-Boden-Wechselwirkung, der dynamischen Steifigkeit starrer Fundamente auf dem Baugrund, werden diese Verfahren und einige Verfahrensvarianten erprobt und miteinander verglichen.
Die in den Abschlussberichten zu den Vorhaben zur Ermittlung der Prüffestigkeit von Flachglas (BAM-161) und zur Tragfähigkeit großer Glasscheiben (BAM-162) dokumentierten Ergebnisse von durchgeführten Balken-Siegeversuchen und Doppelring-Biegeversuchen in Anlehnung an DIN 52303 Teil 1 bzw. DIN 52292 Teile 1 und 2 sowie Biegebruchversuchen an zweiseitig und vierseitig aufgelagerten Scheiben aus vorgespanntem und nicht vorgespanntem Spiegelglas (abkürzend als ESG bzw. Floatglas) werden zusammenfassend ausgewertet.
Im Mittelpunkt dieser Arbeit stehen die konjugierten Polymere, die sich durch äußerst interessante elektrooptische Eigenschaften auszeichnen. Die sich daraus ergebenden Anwendungen liegen vor allem auf dem Gebiet der Elektrolumineszenz, z. B. als LED- Materialien. Ein Hauptproblem für die Einsatzfähigkeit ist die Stabilität der konjugierten Polymere. Dabei spielen Oxida-tionsprozesse sowie strukturelle und morphologische Veränderungen eine entscheidende Rolle. Zur Untersuchung der thermooxidativen Stabilität wurde die Chemilumineszenz-Methode (CL) und zum Nachweis der strukturellen und morphologischen Defekte die Thermolumineszenz-Methode (TL) eingesetzt. Um die Stabilität der konjugierten Polymere zu erhöhen, wurden im Rahmen dieser Arbeit zahlreiche Einflussfaktoren auf die thermooxidative Stabilität sowie auf die molekulare Beweglichkeit mit Hilfe der CL und der TL untersucht und diskutiert.
Im Rahmen des Teilprojektes 1 "Analyse und Erweiterung der Einsatzgrenzen der elastisch- plastischen Bruchmechanik zu tiefen Temperaturen hin mit der Option der systematischen Nutzung von Zähigkeitspotentialen im Übergangsbereich" wurden an drei Versuchswerkstoffen bei jeweils mehreren Prüftemperaturen Serien von Risswiderstandskurven aufgenommen. Die Arbeiten dienten der quantitativen Erfassung des Übergangs vom Spaltbruch zum Gleitbruch im Bereich nahe Ta mit dem Ziel, Sicherheitsreserven des Werkstoffs in diesem Bereich ausnutzen zu können. Im Rahmen des Teilprojektes 2 "Methoden zur Extrapolation von JR-Kurven für die Vorhersage der Rissöffnungsgeometrie unter postulierten Belastungen" wurden experimentelle Untersuchungen an Rohren aus dem Werkstoff 15NiCuMoNb5 (WB36) durchgeführt. Für die Rohrbiegeversuche wurde ein Prüfstand aufgebaut, auf dem bei Raumtemperatur Vierpunkt- Biegeversuche an Rohren mit unterschiedlichen Außenumfangsfehlergeometrien durchgeführt wurden. Mit Hilfe der zerstörungsfreien Verfahren Ultraschallprüfung, Schallemissionsprüfung, Gleichstrompotentialsondenverfahren und optische Analyse wurde das Risswachstums- und Leckageverhalten unter den komplexen Bedingungen der Rohrversuche quantitativ untersucht und detailliert vergleichend ausgewertet.
Es wird durch Analyse von Unfallstatistiken der allgemeinen Luftfahrt gezeigt, dass eine Abhängigkeit zwischen der Unfallhäufigkeit, der Flugplatzgröße und der Anzahl der jährlichen Bewegungen besteht. Anhand statistischer Testverfahren (X 2 - bzw. Kolmogoroff- Smirnov-Anpassungstest) wird gezeigt, dass es gerechtfertigt ist, eine Exponentialverteilung der Unfallhäufigkeit in Hauptbewegungsrichtung der Luftfahrzeuge anzunehmen. Durch die Verknüpfung von zwei Wahrscheinlichkeitsaussagen, der spezifischen Absturzhäufigkeit und der spezifischen Trefferwahrscheinlichkeit, kann die Wahrscheinlichkeit des Direkttreffers eines definierten Flächenelements in den Start- und Einflugschneisen angegeben werden. Durch Vergleiche mit Risikoanalysen aus dem Bereich der Kerntechnik, der Lagerung von Gasen und natürlichen Risiken, die eine vergleichbare Belastung darstellen, wird ein Flächenbereich angegeben, innerhalb dessen die Errichtung und der Betrieb von Anlagen mit gefährlichem Stoffinhalt ein erhöhtes Risiko darstellt und deshalb nicht empfohlen werden kann.
Der Forschungsbericht gibt wichtige Untersuchungsergebnisse aus der Anfangsphase der BAM-Prüftätigkeit mit Verpackungen für radioaktive Stoffe wieder. Im Vorwort wird ausführlich über weltweit durchgeführte Untersuchungen derartiger Behälter unter extremen Unfalleinwirkungen berichtet. Die zum Zeitpunkt der Erstellung dieses Untersuchungsberichtes in Deutschland umlaufenden Verpackungen zum Transport radioaktiver Stoffe wurden einer eingehenden Untersuchung hinsichtlich ihrer Sicherheit bei schweren mechanischen und thermischen Unfalleinwirkungen unterzogen.
Anwendung von Temperatur-Berechnungsprogrammen auf kritische Referenzbeispiele des Brandschutzes
(1999)
Zur rechnerischen Simulation des thermischen Brandverhaltens von Baukonstruktionen existieren in den einzelnen europäischen Ländern unterschiedliche Computerprogramme. Um diese Rechenprogramme im Rahmen der europäischen Harmonisierung einem systematischen Vergleich unterziehen zu können, wurden vom National Testing and Research Institute (SP) in Schweden dem CIB (Conseil International du Bâtiment) und der Vereinigung europäischer Brandschutzlaboratorien (EGOLF) Referenzbeispiele mit definierten Materialeigenschaften und festgelegten Randbedingungen empfohlen. Im Forschungsbericht werden die hierfür mit den Programmen TASEF-2D (SP) und INST2D (BAM) erzielten Rechenergebnisse dargestellt und verglichen.
Die bruchmechanische Beurteilung von Komponenten erfordert die Kenntnis von Risswiderstandskurven, die jedoch häufig aufgrund fehlenden Probenmaterials nicht zur Verfügung stehen. Vielmehr sind typische werkstofftechnische Kennwerte verfügbar, wie Streckgrenze, Zugfestigkeit, Gleichmaßdehnung, Bruchdehnung sowie die Kerbschlagarbeit in der Hochlage und die laterale Breitung von Kerbschlagbiegeproben. Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die Erarbeitung einer Methode zur Konstruktion von Risswiderstandskurven, basierend auf diesen Daten.
Ausgehend von einer Triangulierung, die auch Dreiecke mit Innenwinkeln über 90° beinhalten kann, wird eine Finite-Volumen-Elemente-Methode zur Diskretisierung der Wärmeleitungsgleichung angegeben. Auf der Basis dieser Box-Methode wird die Auflösung der bei der Berechnung von Temperatur- und Wärmestromverteilungen entstehenden großen schwachbesetzten Bandgleichungssysteme mittels algebraischer Mehrgittermethoden beschrieben und auf praktische Beispiele angewendet
Dieser Bericht gliedert sich in drei Abschnitte, in denen der Einfluß inhomogener Böden auf die Dynamik von Verkehrssystemen untersucht wird. In erster Linie werden dabei geschichtete Böden behandelt, für die ein Rechenverfahren entwickelt wurde. Als elementares Ergebnis werden die Wellenfelder geschichteter Böden bei einer punktförmigen Belastung dargestellt. Mit diesen Punktlastlösungen können dann die Schwingungen von starren oder flexiblen Strukturen auf geschichteten Böden berechnet werden. Es wird die dynamische Steifigkeit und Dämpfung starrer Fundamentflächen dargestellt, an der das stark frequenzabhängige Verhalten geschichteter Böden besonders deutlich wird.
Im Rahmen dieses Projekts wurden Fluoreszenzfarbstoffe und neue intrinsische und konjugierte Fluoreszenzmarker mit Sauerstoff, Schwefel, Stickstoff-Heteromakrozyklen als kationenspezifische Rezeptoren für analytische Applikationen der zeitaufgelösten Fluorometrie von der Kiewer Gruppe synthetisiert. Die in Berlin an diesen Verbindungen durchgeführten fluorometrischen Charakterisierungen und spektroskopischen Untersuchungen zum Kationenkomplexierungsverfahren ermöglichten die Aufstellung von ersten Designprinzipien für Fluoreszenzmarker für Übergangs- und Schwermetallionen.
Es wird die Untersuchung des Entlüftungsvorgangs in Keramikschlickern beschrieben, die Teil des Gelcastingprozesses zur Herstellung hochfester Aluminiumoxidkeramiken sind. Ziel der Untersuchung war es, den Einfluss von Viskosität und Entlüftungszeit als prozessvariablen auf die Entstehung von bruchauslösenden Fehlern im Gefüge zu verdeutlichen.
Ausgehend von einer kurzen Einführung in die Problematik von Dauerschwingversuchen an Polymerwerkstoffen werden Prüfergebnisse aus der Umlaufbiegung an Hohlzylinderproben für eine breite Palette von Thermoplasten und ihren Verbunden vorgestellt. Die Ergebnisse werden hinsichtlich des Einflusses der Glasfaserverstärkung sowie der Kerbwirkung von Bohrungen diskutiert.
Diese Untersuchungen erfordern die Zusammenarbeit von Naturwissenschaftlern, Denkmalpflegern und Werkstätten. In einem vierjährigen Verbundprojekt wurden alle praxisrelevanten Probleme bearbeitet. Die BAM durchgeführten Untersuchungen betrafen sowohl die Materialcharakterisierung, Schadensanalyse und Ursachenforschung als auch die Entwicklung von Methoden zur Konservierung und Restaurierung.
Die Aufgabe bestand darin, die grundlegenden Schwingfestigkeitseigenschaften der höherfesten Feinblechwerkstoffe zu ermitteln und das jeweilige Festigkeitsverhalten anhand von mikrostrukturellen, zum überwiegenden Teil an Durchstrahlungsproben mit dem TEM bestimmten Merkmalen zu deuten. Dazu wurde die Schwingfestigkeit an glatten und gekerbten Flachproben sowie an bauteilähnlichen, gefügten Probenden experimentell ermittelt.
Analytische Grundlagenuntersuchungen zur Laserimpulsfluorometrie im ultravioletten Spektralbereich
(1996)
Für die bisher kaum zugängliche Analytik von farblosen Substanzen mittels der zeitaufgelösten Fluorometrie wurden anwendungsorientierte Laserimpulsfluorometer entwickelt. Die neue Messtechnik wurde zur Analytik von niedermeolkularen Aromaten (BTX) in Wasser, von umweltrelevanten Metallionen in Wasser mittels neu entwickelter Fluoreszenzmarker, von farbstoff-dotierten Polymermaterialien u. v. Luminophoren in Leuchtstofflampen zwecks Erkennung von Seltenerdkomponenten eingesetzt.
Durch die Entwicklung des Schichtverbundkörpers wurde eine Probengeometrie geschaffen, die sowohl Zerspan- und Streifenziehversuche als auch Modellverschleiß-, Bauteils-, metallographische und mikroanalytische Untersuchungen an einem Körper erlaubt. Neben den Labor und Feldversuchen waren auch umfangreiche Rauheits-, Eigenspannungs- und Texturmessungen Schwerpunkte der Untersuchungen.
In der Arbeit wird über die Ergebnisse umfangreicher Versuchsserien berichtet, mit deren Hilfe Aussagen über die Abhängigkeit der Grenze der FlammendurschIagsicherheit derartiger Flammensperren von der Gasphase und den geometrischen Randbedingungen wie Nennweite, Einbaugeometrie, Spaltweite, Spaltgeometrie usw. gemacht werden können.
Ziel der Untersuchung war, beliebige Dämpfungsverläufe in die allgemeinen, im Zeitraum formulierten Bewegungsgleichungen zu implizieren und vor allem die numerischen Konsequenzen der Resultate aufzuzeigen. Ferner wird ein Lösungsverfahren entwickelt, das mittels komplexen Streifigkeitsansätze unter Verwendung zeitversetzter Belastung eine vollständige Erfassung allgemeiner Dämpfungsvorgaben gestattet.
Hier wird der chronologische Verlauf der Kristallisation verfolgt. Sie beginnt mit den thermodynamischen Grundlagen der Keimbildung und des Wachstums, stellt anschließend Wachstumsformen in der Frühlphase der Kristallisation vor und behandelt schließlich die spärolithische Hauptkristallisation sowie die sogenannte Nachkristallisation.
Entwicklung von Verfahren zur Beurteilung der Bildqualität von Radioskopie-Systemen aus der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung nach einheitlichen, objektiven und quantitativen Kriterien, Betrachtung der physikalischen Grundlagen der Strahlungserzeugung, Strahlenreliefenstehung und -umwandlung sowie der damit verbundenen Einflussgrößen auf die Bildqualität. Herleitung und Definition von Bildqualitätsmerkmalen (radiographische Kriterien, Kenngrößen aus der Systemtheorie und allgemeine optische Abbildungseigenschaften), Beschreibung wichtiger Zusammenhänge zwischen einzelnen Bildqualitätsmerkmalen und bestimmten Geräteparametern.
Bestimmt wurde die Grenze der Flammendurchschlagsicherheit vor Flammensperren mit einer Sperrschicht aus Sintermetall bei der Beanspruchung durch die einlaufenden Reaktionsfront an der Sperrschicht. Auf der Basis der Ergebnisse dieser Untersuchungen kann die Grenze der Flammendurchschlagsicherheit von Flammensperren mit einer Sperrschicht aus Sintermetall abgeschätzt werden
Es werden 15 Merkmale vorgestellt, die als Einzelmerkmale und als Merkmalskombination an einem Schweißnahtkatalog mit über 500 Fehlerabbildungen erprobt worden. Die Beurteilung der Merkmale erfolgt im eindimensionalen Fall über das Gütemaß und den Bhattacharyya-Koeffizienten. Im mehrdimensionalen Merkmalsraum wird zur Beurteilung der Merkmalskombination zusätzlich die Hauptkomponententransformation eingesetzt.
Ein graphisch-rechnerisches Verfahren zur Beschreibung natürlicher Verteilungen. Besondere Merkmale zum Unterschied zu bekannten Verteilungsfunktionen sind dabei die Verwendung des Median anstelle des Erwartungswertes als Parameter, die mittlere Verteilungsdichten anstelle der Verteilungsdichte als Operationselement Lind die Möglichkeit der Extrapolation in die Ausläufer von Verteilungen.
Am Deutschen Dom wurden Mikrowellenabsorptionsmessungen, Radar und Infarot- Thermographie als moderne zerstörungsfreie Prüfverfahren der Feuchtemessung in Mauerwerk erprobt. Ergänzende numerische Simulationsrechnungen des gekoppelten Wärme- und Feuchtetransports sollen bei der Auswahl von Trockenlegungskonzepten helfen.
Die angegebenen Programme dienen zur Simulation von Ellipsoiden und Quadern und zum Einlesen der Daten physischer Modelle. Programme für Durchmesser- und Linearanalyse zur Bestimmung von Größenverteilungen sind Beispiele für typische stereologische Aufgaben, einige Ergebnisse mit diesen Verfahren werden angegeben und diskutiert.
Die Zusammenhänge zwischen magnetischem Verhalten und der Werkstoffschädigung durch Zerrüttung von Eisen werden untersucht mit dem Ziel, diese zur zerstörungsfreien Gewinnung von Informationen über Zerrüttungsvorgänge auszunutzen.
Die grundlegenden Untersuchungen erfolgen an dünnen Eisendampfschichten. Die Übertragung der Ergebnisse auf den technischen Maßstab wird durch Eisendrahtproben eingeleitet.
Es wurden Doppelring-Biegeversuche an quadratischen Proben mit 30 cm Seitenlänge, Biegeversuche bei zweiseitiger Auflagerung nach DIN 52303 Teil 1 und Doppelring- Biegeversuche nach DIN 5229 Teil 2 an 6 mm und 10 mm dickem, vorgespanntem und nicht vorgespanntem Flachglas durchgeführt, Die statistische Auswertung aller Prüfserien erfolgte nach üblichen Verteilungsfunktionen wie Normal-, Lognormal- und Weibullverteilung.
The aim of this thesis was the development of switchable information carriers based on shape memory polymers (SMPs) and the investigation of their durability. Deployed as a new kind of security label, such technology may be an effective tool to prevent counterfeiting and product piracy.
Thermoplastic as well as thermoset SMPs turned out to be applicable as a specific substrate for the fabrication of switchable information carriers. In particular, a physically cross-linked and semi-crystalline poly(ester urethane) (PEU), and a chemically cross-linked epoxy-based polymer were investigated. Both SMPs were able to undergo distinct changes in shape upon triggering, which is commonly known as the shape memory effect (SME).
A key step for the fabrication of switchable information carriers was the development of a suitable technique for a surface-specific coloring of the polymeric base material. In particular, it was necessary to have a thin coat of paint in order to assure sufficient surface contrasts within the subsequently laser-engraved barcodes (e.g. quick response (QR) codes). In detail, coloring was conducted by diffusion of staining solutions, based on organic dyes, into the polymeric matrix. As a result of properly selected exposure times, homogenous layers of paint having thicknesses of about 100 μm, could be produced.
In order to obtain room temperature stable, temporary shapes with non-decipherable code information, various programming procedures were applied to the information carriers. These were either based on tensile or on compressive deformation. For instance, when using plane steel plates in the course of compressive deformation, code areas were randomly distorted. By contrast, selective distortions could be achieved using a steel ball type indenter. However, the triggering of the SME resulted in almost complete shape recoveries. As a result, the information carriers could reliably be switched back to readable states.
Before the developed information carriers can be brought onto the market, it is important to evaluate their durability against various environmental impacts. Artificial weathering was conducted exemplarily on blue and black colored QR code carriers based on PEU. Various scenarios were selected: exposure to UVA irradiation and aging in aqueous solution. In both cases, the durability was investigated at temperatures below and above the switching temperature of the employed SMP. It turned out, that the limiting factor for the usage of switchable information carriers was a lack of contrast and thus was dye-related. In the case of UV irradiation, the color of the dyes started fading, culminating in unreadable QR codes. For hydrolytic degradation, the non-colored code regions were stained in the course of aging. This originates from the fact that the organic dyes used for coloring were soluble in water. As a consequence, they were able to diffuse easily in and out of the swollen polymeric matrix. For both scenarios, aging at elevated temperature caused acceleration of the observed effects. However, the shape memory properties of the PEU were only slightly influenced by the applied aging scenarios.
Next, an additional thermo-responsive security feature was added to the information carriers. Therefore, thermochromic pigments (T-PIGs) were embedded into a PEU matrix. However, in contrast to the organic dyes, the size of the thermochromics microcapsules was too large to diffuse into the polymeric matrix. Thus, another procedure for a surface-specific coloring of the PEU was developed. This mainly included the preparation of a PEU-paste doped with T-PIG by solution mixing. The thermochromic paste was deposited by means of a solvent casting technique as thin layer atop the PEU plaque. After solvent evaporation, tightly connected PEU/PEU-T-PIG laminates were obtained. Beyond that, the layer thickness was adjustable by using a doctor blade for the paste deposition. Subsequent laser ablation finalized the QR code carriers. These were readable at room temperature, but unreadable above the color switching temperature of the employed T-PIGs due to a lack of contrast. Hence, the obtained multifunctional information carriers were characterized by distinct shape memory properties and tunable color switching performances. Furthermore, the combination of several T-PIGs having different colors and switching temperatures resulted in surfaces with multiple and unique temperature-dependent changes in color. Besides that, information carriers with temporarily concealed information could be obtained by covering the QR code with an additional layer doped with T-PIG.
Silbernanopartikel (Ag-NP) können, bedingt durch ihre wachsende Anwendung im Lebensmittelbereich, vermehrt oral aufgenommen und über den Intestinaltrakt resorbiert werden. Die Diversität der physikalisch-chemischen Eigenschaften, der in toxikologischen Studien eingesetzten Nanopartikel (NP), macht eine allgemein gültige Aussage zu ihren physiologischen Wirkungen nicht trivial. Auch die Ursachen ihrer zytotoxischen Eigenschaften werden weiterhin kontrovers diskutiert.
Basierend auf diesen Fragestellungen, wird in dieser Arbeit die physikalisch-chemische Charakterisierung von toxikologisch relevanten Partikeleigenschaften vorgestellt, welche das Zellkulturmedium (ZKM) als chemische Umgebung der NP berücksichtigt. Durch in-vitro Experimente mit dem humanen Modell des Intestinaltraktes (Caco-2 Zellen) wurden anschließend die relevanten molekularen Effekte des charakterisierten Ag-NP Referenzmaterials hinsichtlich partikulärer, ionischer oder synergistischer Wirkung untersucht.
Mittels einer Kombination aus Asymmetrischer-Fluss-Feldflussfraktionierung (A4F) sowie dynamischer Licht- und Röntgenkleinwinkelstreuung konnte eine Zunahme des hydrodynamischen Radius der Partikel im ZKM beobachtet werden. Dieser ließ sich durch nachfolgende energiedispersive Röntgenfluoreszenz Spektroskopie und zweidimensionale Gelelektrophorese mit der Bildung einer Proteinkorona beschreiben, die hauptsächlich aus bovinem Serumalbumin bestand. Die Trennung von ungebundenen Proteinen und Partikeln mit Korona wurde sowohl mittels A4F als auch Zentrifugation durchgeführt, wobei sich die A4F als die sensitivere Methode herausstellte.
Die 24-stündige Exposition der Caco-2 Darmzellen mit jeweils zwei nicht zytotoxischen Konzentrationen des Ag-NP-Referenzmaterials sowie Silberionen aus Silbernitrat (SN) zeigte einen signifikanten Unterschied der Anzahl deregulierter Proteine zwischen partikulärer und ionischer Behandlungsgruppe. Die NP führten im Gegensatz zu den Ionen zu einer vermehrten Herunterregulation der Proteine. Die Auswertung der Proteinderegulationen deutete auf eine Inhibierung pro-inflammatorischer Proteine wie Nuclear Facor Kappa Light Chain Enhancer of Acivated B-Cells (NFκB) durch die NP Behandlungsgruppe hin. SN führte zu einer aktivierten inflammatorischen Antwort. Im Gegensatz zu den SN Behandlungsgruppen zeigten die NP eine vorhergesagte Inhibierung des Nrf2-Signalweges, der oxidativen Stress induziert.
Beide NP-Konzentrationen führten in den Zellen zu einer Suppression tumorassoziierter Proteine wie z.B. ADP-sugar Pyrophosphatase (NUDT5). Die Konzentration tumorassoziierter Proteine nach Inkubation mit SN blieb entweder unverändert oder stieg leicht an.
Bei stoßartigen Belastungen, insbesondere bei "weichen Stößen", deren Einwirkungen auch im normalen Hoch- und Industriebau wegen besonderer Baustoffe, Bauweisen und Bauteilarten immer häufiger berücksichtigt werden müssen, ist es dagegen oft sinnvoller, der Beurteilung die bis zum Versagen mögliche Energieaufnahme des betrachteten Bauteils zugrunde zu legen. Es werden "Faustformeln" angegeben für auf der sicheren Seite liegende obere Grenzwerte für die Durchbiegung und untere Grenzwerte für die Energieaufnahme bei Trägern.
Es wurden die wesentlichen mechanischen Werkstoffeigenschaften des Betons und des Betonstahls qualitativ und quantitativ ermittelt. Ferner waren Versuche an Stahlbetonbauteilen erforderlich, deren Maßstab so zu wählen war, dass noch die " innere Struktur" des Stahlbetons wirklichkeitsnah abgebildet werden konnte.
In einer den Stückgutumschlag von gefährlichen Gutem im Hafen von Rotterdam betreffenden Studie wurde die Frage aufgeworfen, ob Tanks von Tankcontainern für verflüssigte Gase bei einem Unfall während des Be- und Entladens von Schiffen - etwa dem Sturz aus einem Krangeschirr - total oder partiell versagen werden.
Unter Berücksichtigung des räumlichen Verformungsverhaltens von vollständig wassergesättigtem Material wurde eine Methode entwickelt, die als Beurteilungskriterium den Festigkeitsverlust infolge der Beanspruchung verwendet und das in der BAM für Holzwerkstoffe entwickelte Kurzzeitbewitterungsverfahren (XENOTEST 1200) auf Faserzemente anwendet, um zu klären, ob es für die Einschätzung des Langzeitverhaltens von Faserzement geeignet ist.
Die für einen erfolgreichen Einsatz von Festschmierstoffen zur Minderung von Reibung und Verschleiß systembestimmender Parameter wie Last, Geschwindigkeit, Temperatur, umgebende Atmosphäre, Filmbildung und -haltung sowie die Anwendungstechnologien werden dargestellt, ferner Modellvorstellungen zum Verschleißverhalten von Festschmierstoffen im Hinblick auf konkrete Anwendungsfälle diskutiert.
Der vorliegende Bericht stellt die zugrunde liegende Theorie nachvollziehbar dar und beschreibt den numerischen Lösungsalgorithmus nach dem Mehrziel-Schießverfahren. Die Winkelfunktionen des Spannungs- und Verzerrungsfeldes werden graphisch und in zahlreichen Tabellen für verschiedene Verfestigungsexponenten dokumentiert.
In einer Reihe von Brandversuchen an Lagerbehältern (Nennvolumen 4850 l) für Flüssiggas (Propan) wurde nachgewiesen, daß herkömmliche scheitelseitige Wasserberieselungen die Behälter bei direktem Feuerkontakt nicht vor dem Bersten schützen können, obwohl die Berieselungsrate bis auf das Zehnfache des in Vorschriften festgelegten Wertes angehoben wurde (1000 l/(m2*h)). Eine konstruktive Umgestaltung der Berieselungseinrichtung, die zu einer allseitig gleichmäßigen Aufbringung des Wassers führte, schützte in weiteren Versuchen propangefüllte Behälter 90 Minuten vor dem Versagen. Die Anforderungen an eine wirksame Brandschutz-Wasserberieselung werden diskutiert.
Der Einfluß des Füllstandes auf den Wärmeeintrag, die Temperatur- und Druckverläufe werden dargestellt und erläutert.
Dem Vorhaben lag die Aufgabe zugrunde, Ergebnisse der Reaktorsicherheitsforschung auf dem Gebiet der Komponentensicherheit zu erfassen, zu bewerten und mit dem Ziel zu ergänzen, die Werkzeuge der Versagensanalyse von Komponenten im elastisch-plastischen Bereich zu verbessern. Besonders intensiv wurde das Problem des Einflusses d er Proben- bzw. Bauteilgeometrie auf die Steigung der Risswiderstandskurve untersucht.
Entwicklung eines Oberbaumoduls, das aus den elastischen Schienen, den Zwischenlagen zwischen Schienen und Schwellen, den Schwellen sowie dem eigentlichen Untergrund, der als linear elastischer Halbraum modelliert wird, besteht. Als Besonderheit wird hier die Wellenausbreitung im Untergrund berücksichtigt. Zur Verifikation dieses Modells wurden Eigenfrequenzen, -formen und Frequenzgänge verschiedener Fahrzeug-/ Fahrwegmodelle auf der Basis des Hochgeschwindigkeitszuges ICE berechnet.
Die Untersuchung von transienten Belastungsvorgängen, wie sie z.B. bei Erdbeben oder auch beim Pfahlrammen auftreten sowie deren Weiterleitung im Erdreich und deren Einwirkung auf Gebäude verschiedenster Art gewinnt nicht zuletzt wegen erhöhter Anforderungen an den Umweltschutz immer mehr an Bedeutung. Hier wird der Problemkreis umfassend untersucht.
An Proben aus der Produktion wurde die Abhängigkeit der Emission vom Zeitpunkt der Probenahme, die Korrelation zu bestehenden Prüfverfahren durch Extraktion und der Einfluss des Klimas untersucht. Es zeigt sich, dass die Luftfeuchtigkeit einen großen Einfluss uf die Formaldelhyd-Emission hat. Ein Prüfverfahren zur Bestimmung der Ausgleichskonzentration von Formaldehyd wird vorgeschlagen.
Mit dem Ziel, die auf der Ebene der Kornstruktur ablaufenden Prozesse mit in die Beschreibung des Kriechverhaltens polykristalliner Werkstoffe einzubeziehen, wurde in der vorliegenden Arbeit zunächst die Schädigungsentwicklung einer einzelnen Korngrenze untersucht.
Hierfür wurde eine spezielle Simulationsmethode verwendet, deren Lösungsansatz auf holomorphen Funktionen basiert. Die für die Simulationen berücksichtigten Mechanismen umfassten insbesondere Nukleation, Wachstum durch Korngrenzendiffusion, Zusammenwachsen und Schrumpfen bis zum vollständigen Sintern von Korngrenzenporen. Auf Grundlage der Simulationsergebnisse konnte ein vereinfachtes Porositätsmodell entwickelt werden, welches die Korngrenzenschädigung durch zwei Zustandsvariablen und die zeitliche Entwicklung durch eine Mechanismen-orientierte Ratenformulierung beschreibt. Um den Einfluss von Korngrenzen in kontinuumsmechanischen Betrachtungen von Polykristallen berücksichtigen zu können, wurde ein Grenzflächenmodell erarbeitet, welches sowohl Schädigung entsprechend dem vereinfachten Porositätsmodell als auch Korngrenzengleiten in Abhängigkeit von einer phänomenologischen Korngrenzenviskosität umfasst. Darüber hinaus wurde ein mikromechanisches Polykristallmodell entwickelt, welches es im Rahmen von Finite-Elemente-Simulationen erlaubt, das Kriechverhalten unter Einbeziehung der Gefügestruktur eines polykristallinen Werkstoffes zu simulieren. Dabei werden die Deformationen einzelner Körner durch ein viskoplastisches Einkristallmodell und die Korngrenzen durch das entwickelte Grenzflächenmodell beschrieben. Die Gefügestruktur wird durch ein Finite-Elemente-Modell abgebildet, wobei die Korngrenzen durch kohäsive Elemente modelliert werden. Durch Auswertung experimenteller Kriechdaten konnte das Polykristallmodell für eine Kupfer-Antimon-Legierung bei einer Temperatur von 823 K kalibriert werden. Die Anpassung des Einkristallmodells erfolgte dabei anhand der Kriechraten von reinen Kupfereinkristallproben.
Die experimentelle Erfassung der Korngrenzenabgleitung und der Korngrenzenporosität für grobkörnige Kupfer-Antimon-Proben konnten hingegen zur Anpassung des Grenzflächenmodells genutzt werden. Das kalibrierte Polykristallmodell wurde abschließend in Kombination mit künstlich erzeugten Kornstrukturen genutzt, um zum einen numerische und modellierungstechnische Einflüsse auf die Simulationsergebnisse zu untersuchen. Dabei zeigte sich, dass die Vernetzungsfeinheit nur zu einer vergleichsweise geringen Beeinflussung des makroskopischen Kriechverhaltens führt. Aufgrund des nahezu inkompressiblen Deformationsverhaltens des Einkristallmodells war aber die Nutzung spezieller Kontinuumselementtypen notwendig, um das Auftreten von Volumenlocking zu verhindern. Zum anderen konnte das Kriechverhalten polykristalliner Werkstoffe, zu welchem insbesondere die versagensrelevante Schädigungsentwicklung zählt, für verschiedene Material- und Belastungsparameter analysiert werden. Speziell für die betrachtete Kupfer-Antimon-Legierung zeigte sich, dass das Kriechverhalten durch Korngrenzengleiten geprägt war. Insbesondere die Spannungsumlagerungen an den Korngrenzen waren vergleichbar mit dem Verhalten für ungehindertes Korngrenzengleiten. Darüber hinaus deuteten Simulationen für mehrachsige Belastungszustände darauf hin, dass die Schädigungsentwicklungmaßgeblich durch die maximale Hauptspannung und die von Mises-Spannung beeinflusst wird.