Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
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Aging of elastomer O-rings and PE neutron shielding materials for radioactive waste containers
(2021)
Our institution BAM in Berlin, Germany is concerned with research and testing of materials in the context of safety in chemistry and technology. Our working group is involved in the licensing procedures of casks for radioactive waste. Besides, we’re doing research on aging and lifetime prediction of elastomer O-rings and investigate degradation and thermal expansion of PE neutron shielding materials.
Aluminium is still one of the most important contact metallisations for power electronic chips like MOSFETs or IGBTs. With a large difference in thermal expansion coefficients (CTEs) between aluminium and silicon and the temperatures generated in hot-spots during high power transients, these layers are prone to failure due to thermo-mechanical fatigue. Usually lifetime assessment is done by subjecting dedicated test specimens to standardised stress tests as e.g. active or passive thermal cycling. This paper proposes a novel method for accelerated stress testing and lifetime modelling of thin aluminium films in the high-cycle fatigue regime by isothermal mechanical loading. The proposed novel test method is suggested to complement or replace resource-demanding thermal cycling tests and allow simple in-situ monitoring of failure.
Extensometer für Hochtemperatur-Ermüdungsversuche sind vielfach aus Aluminium gebaut, an dem Glas- oder Keramikstangen befestigt sind, die in den heißen Bereich des Versuches hineinragen. In einer physikalischen Betrachtung wird die Wärmeausdehnung von Aluminium berechnet und der relative Fehler aus der thermischen Drift ermittelt. Der Fehler ist stark von der thermischen Fluktuation abhängig. Ferner steigt der Fehler besonders bei kleinen Dehnungen stark an. Es wird deutlich, dass bei kleinen Dehnungen die erlaubte Temperaturschwankung im Bereich von 0,5 – 1K betragen darf, um den nach Norm (z.B. ISO 12106) erlaubten Fehler von maximal 1 % nicht zu überschreiten.
In dehnungsgeregelten Ermüdungsversuchen äußert sich die Temperaturschwankung am Extensometer in Kraftschwankungen an der geprüften Probe. Daher bewirkt eine Konstanthaltung der Temperatur eine Verbesserung der Versuchsergebnisse. In der Praxis sind jedoch Temperaturmessungen am Extensometer nicht üblich. Von daher kann der thermisch bedingte Fehler aufgrund von Temperaturschwankungen am Extensometer gar nicht ausgewertet werden. Für eine Verbesserung der Qualität von Versuchsergebnissen wird generell eine Messung der Temperatur am Extensometer vorgeschlagen.