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Paper des Monats
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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.