Professur Verbundwerkstoffe

Studien-, Projekt-, Bachelor-, Master- und Diplomarbeiten

 

Folgende Themen stehen zur Auswahl:

 

Bitte beachten Sie unsere Arbeitshinweise zum Erstellen von Studien-, Projekt- und Diplomarbeiten!

Herstellung von C/C-SiC-Verbunden durch LPI-Verfahren

Die Herstellung von keramischen C/C-SiC Verbundwerkstoffen erfolgt durch die Infiltration von porösen kohlenstofffaserverstärkten Kohlenstoffen (C/C) mit flüssigen Polymeren (Liquid Polymer Infiltration) und anschließende Pyrolyse. Um eine bessere Verdichtung zu erreichen, kann eine Re-Infiltration sinnvoll sein.

Ziel der Arbeit ist die Untersuchung verschiedener Polymere in Hinblick auf die Eignung für die Herstellung von C/C-SiC-Verbunden unter Variation verschiedener Prozessparameter.

Das Arbeitsprogramm beinhaltet:

  • Literaturrecherche zum Stand der Technik
  • Durchführung von Infiltration- und Pyrolyse-Prozessen
  • Charakterisierung der Verbunde hinsichtlich der Porosität, Mikrostruktur und mechanischer Eigenschafften
  • Diskussion der Ergebnisse
  • Zusammenfassung und Ausblick

Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Natalia Smolskaya
Raum E014, Tel.: 0371 531 33353
Email an Frau Smolskaya

Dieses Thema ist als Studien-, Projekt-, Bachelor-, Master- und Diplomarbeit geeignet.

 

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Entwicklung einer Versuchsmethodik zur schmelztechnischen Herstellung hochhartstoffhaltiger Eisenbasislegierungen

Für die Herstellung extrem verschleißfester Oberflächen werden in vielen industriellen Anwendungen Hartmetallbeschichtungen eingesetzt. Eine wesentlich kostengünstigere Alternative stellt die Verwendung von Beschichtungswerkstoffen auf Eisenbasis dar, die eine hartmetallähnliche Mikrostruktur besitzen, aber in einfacheren Prozessketten herstellbar sind. Für die Entwicklung solcher neuartiger Materialien ist die Erschmelzung einer Reihe von Versuchslegierungen unter reproduzierbaren Bedingungen notwendig. Durch die Qualifizierung eines inerten Schmelzverfahrens unter Verwendung eines neukonstruierten Kalttiegel-Lichtbogenofens (Bild) im Rahmen der Arbeit wird ein wichtiger Grundstein für die weitere Werkstoffentwicklung gelegt.



Ansprechpartner: Dipl.-Ing. S. Schuberth
Raum E109, Tel.: 0371 531 36595
Email an Herrn Schuberth

Dieses Thema ist sowohl als Diplomarbeit als auch als Studien- bzw. Projektarbeit geeignet.

 

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Innovative Drucktechnologien zur Verarbeitung nanoskaliger Lotwerkstoffe

Zum Fügen von Aluminiummatrix-Verbundwerkstoffen sollen nanoskalige Lotwerkstoffe eingesetzt werden. Hierbei wird der Effekt der Schmelzpunktabsenkung bei Verringerung der Partikelgröße (siehe Abbildung) ausgenutzt. Zur Applikation derartiger Lotwerkstoffe und Strukturen soll die Nanoprinttechnologie verwendet werden.

Die Diplomarbeit beinhaltet eine umfassende Literaturrecherche zur Ermittlung der Ausgangsparameter. Des Weiteren ist die Auswahl geeigneter Lotwerkstoffe auf der Basis von Al, Cu und Ni notwendig. Anhand von Differenz-Thermoanalysen (DTA) sollen die Schmelz-bereiche dieser Lotlegierungen nachgewiesen werden. Optimierungsziel ist die maximale Absenkung der Arbeitstemperatur. Im Anschluss daran können die entsprechenden Verfah-rensparameter eingestellt und Probelötverbindungen erzeugt werden, welche rasterelekronenmikroskopisch zu charakterisieren sind.



Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Sebastian Weis
Raum E120, Tel.: 0371 531 35597
Email an Herrn Weis
 

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Einfluss ausgewählter elektrischer Parameter beim Plasmaanodisieren auf die Geometrie und die Mikrostruktur der auf aluminiumbasierten Werkstoffen gebildeten Oxidschichten

Das High-Tec-Verfahren Plasmaanodisieren, mit dem keramische Schichten mit exzellenten Eigenschaften auf geeigneten Substratwerkstoffen erzeugt werden können, ist eine hocheffiziente Methode zur Behandlung sämtlicher Leichtmetalle (Aluminium, Magnesium und Titan). Da es sich um ein relativ junges Verfahren handelt, bestehen noch erhebliche Wissensdefizite bezüglich grundlegender Zusammenhänge. Die Möglichkeiten des Verfahrens sind daher bei weitem noch nicht ausgeschöpft. Ein erheblicher Forschungsbedarf besteht insbesondere auf dem Gebiet der Führung des elektrischen Regimes. Die neuen Generationen der Stromquellen eröffnen diesbezüglich innovative Möglichkeiten der Steuerung des Prozesses. Diese Thematik ist Gegenstand der Arbeit, die sowohl einen theoretischen als auch einen ausführlichen experimentellen Teil beinhaltet.

Ansprechpartner: Dr.-Ing. Gert Alisch
Raum A106, Tel.: 0371 531 35396
Email an Herrn Alisch
 

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Evaluierung verschiedener Trennmittel zur Prozesskontrolle beim Hochenergiekugelmahlen zur Herstellung partikelverstärkter Aluminium-Matrix-Verbundpulver

Beim Hochenergiemahlen zur Herstellung partikelverstärkter AMCs führt ein zu starker Verschweißeffekt zu einer unerwünschten Partikelvergröberung und zu einem Verkleben der Aluminiumpartikel an den Oberflächen von Kugeln und Rotorflügeln. Die Prozessdauer wird dadurch zeitlich begrenzt und beeinflusst damit das Mahlergebnis. Diesem Effekt kann durch Zugabe von Trennmitteln, z.B. Stearinsäure (C18H36O2), entgegen gewirkt werden. Beim Einsatz von Stearinsäure muss vor der Weiterverarbeitung des Pulvers die vollständige Entfernung von Säureresten durch Heißentgasen gewährleistet werden. Andernfalls wird eine unerwünschte Porenbildung in späteren Prozessschritten oder bei der Wärmebehandlung der AMCs beobachtet. Ebenso ist die Umwandlung der Stearinsäure oder deren Reaktion mit dem Mahlgut möglich.

Ziel der Arbeit ist es, verschiedene Trennmittel hinsichtlich ihrer Eignung für das Hochener-giemahlen zur AMC-Herstellung zu prüfen und zu evaluieren.

Das Arbeitsprogramm beinhaltet:

  • Literaturrecherche zum Stand der Technik
  • Auswahl geeigneter Stoffe anhand des Standes der Technik
  • Erstellen einer geeigneten Versuchsmatrix
  • Herstellung von AMCs unter Verwendung der Trennmittel
  • Analyse der Mikrostruktur (Lichtmikroskopie, REM und EDXS an ausgewählten Proben)
  • Ggf. Nachweis von Rückständen mittels chemischer Methoden
  • Diskussion der Ergebnisse
  • Zusammenfassung und Ausblick

 

Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Steve Siebeck
Raum B105, Tel.: 0371 531 37531
Email an Herrn Siebeck
 

 

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Berechnung der Wärmeströme beim induktiven Löten von Metall und Keramik

Gelötete Metall-Keramik-Verbunde werden konventionell in Ofenlötprozessen hergestellt. Durch die mittelbare Erwärmung ergeben sich bei diesem Erwärmungsverfahren jedoch hohe Verluste, da die Wärme durch Konvektion, Strahlung oder Wärmeleitung übertragen werden muss. Aufgrund der zunehmenden Bedeutung des Themas Energieeffizienz wird in einem Forschungsprojekt das Löten von Metall und Keramik mittels Induktion als eine energetisch effizientere Alternative qualifiziert. Hierbei handelt es sich um ein unmittelbares Erwärmungsverfahren, bei dem die Wärme direkt im Bauteil erzeugt wird. Die verfahrensspezifischen Vorteile führen aufgrund der partiellen Erwärmung jedoch zu ungleichmäßigen Wärmeströmen und damit zu einer ungleichmäßigen Temperaturverteilung im Bauteil.

In der Arbeit sollen die Wärmeströme und die Temperaturverteilung sowie daraus resultierende Eigenspannungszustände in einer vorgegebenen Grundwerkstoffkombination für das Induktionslöten und das Ofenlöten berechnet und verglichen werden.
 
 Induktionsl?ten

 

Ansprechpartner: Dipl.-Ing. S. Hausner
Raum E104, Tel.: 0371 531 37929
Email an Frau Hausner

Dieses Thema ist sowohl als Diplomarbeit als auch als Studien-, Projektarbeit bzw. Bachelor- oder Masterarbeit geeignet.

 

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Herstellung von mehrlagigen Substraten für leistungselektronische Anwendungen

Inhalt der Arbeit ist die Herstellung von mehrlagigen Substraten für leistungselektronische Anwendungen. Dabei sollen thermisch gespritzte Schichten abwechselnd aus verschiedenen Materialien (z.B. Al2O3, Cu, Cu-W, Cu-Mo, Al) in mehreren Lagen hergestellt werden. Neben dem atmosphärischen Plasmaspritzen kommt dabei das Kaltgasspritzen zum Einsatz. Es soll eine spritztechnische Prozessparameteroptimierung durchgeführt werden und dabei neben dem Pulverzustand auch der Einfluss der Substrattemperatur untersucht werden.

Stirnzugversuche sollen Aufschluss über die Haftfestigkeiten der gespritzten Schichten geben. Die Grenzfläche wird mittels Härtemessung und REM charakterisiert werden.



Ansprechpartner: Dr.-Ing. Ina Hoyer
Raum E117, Tel.: 0371 531 35232
Email an Frau Hoyer

Dieses Thema ist besonders als Studien- bzw. Projektarbeit geeignet.

 

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Untersuchung ausgewählter Beschichtungen auf kohlenstofffaserverstärkten Verbundwerkstoffen für den Einsatz von Hochtemperaturanwendungen

Kohlenstofffaserverstärkter Kohlenstoff (CFC) ist ein Verbundwerkstoff, der auch bei hohen Temperaturen gute mechanische Eigenschaften aufweist. Ein wesentlicher Nachteil ist die geringe Korrosionsbeständigkeit gegenüber metallischen Schmelzen, wie z. B. Titan, Stahl, oder gasförmigen Stoffen, wie Sauerstoff.

Ziel ist die Herstellung und Untersuchung ausgewählter Schichtsysteme, welche z.B. durch thermisches Spritzen auf CFC-Substrate appliziert werden können.

Das Arbeitsprogramm beinhaltet:

  • Literaturrecherche zum Stand der Technik
  • Auswahl geeigneter Beschichtungswerkstoffe und Erstellen eines Versuchsplans
  • Herstellung geeigneter CFC-Trägerplatten
  • Durchführung von Beschichtungsexperimenten
  • Charakterisierung und Prüfung der erzeugten Schichten
  • Ergebnisdarstellung und Diskussion
  • Zusammenfassung und Ausblick

 

Es werden vorwiegend Studenten mit werkstofftechnischem Hintergrund gesucht.

Ansprechpartner: Dr.-Ing. D. Nestler
Raum A104, Tel.: 0371 531 36546
Email an Frau Nestler

Dieses Thema ist besonders als Studien- bzw. Projektarbeit geeignet.

 

 

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Untersuchung ausgewählter Werkstoffe als Kohlenstoffprecursoren für den LSI-Prozess

Zur Herstellung von C/C- Verbundwerkstoffen werden spezielle Harze als Kohlenstoffträger (C-Precursor) verwendet.

Die Weiterverarbeitung zu keramischen Verbundwerkstoffen (CMC) wird durch das Flüssigsilizierverfahren realisiert.
Der gesamte Herstellungsprozess erfolgt derzeit über 3 Prozessstufen:

  • Herstellung eines kohlenstofffaserverstärkten Harzes (CFK) durch das Laminierverfahren
  • Herstellung von kohlenstofffaserverstärktem Kohlenstoff (CFC) durch Pyrolyse
  • Umwandlung des CFCs in einen C/C-SiC-Verbundwerkstoff durch Flüssigsilizierung des porösen CFCs mit Silizium

Ziel ist die Untersuchung alternativer C-Precursoren für den Herstellungsprozess ausgewählter CMCs.

Das Arbeitsprogramm beinhaltet:

  • Literaturrecherche zum Stand der Technik
  • Auswahl geeigneter Werkstoffe und Erstellung eines Versuchsplans
  • Charakterisierung ausgewählter C-Precursoren bezüglich ihres Abbauverhaltens während der Pyrolyse
  • Ergebnisdarstellung und Diskussion
  • Zusammenfassung und Ausblick

 

Es werden vorwiegend Studenten mit werkstofftechnischem oder chemischem Hintergrund gesucht.

Ansprechpartner: Dr.-Ing. D. Nestler
Raum A104, Tel.: 0371 531 36546
Email an Frau Nestler

Dieses Thema ist besonders als Studien- bzw. Projektarbeit geeignet.

 

 

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Entwicklung von Fügeverfahren für Kohlenstoff - Kohlenstoff und Kohlenstoff - Keramik-Verbunde in Hochtemperaturanwendungen

Kohlenstoff, insbesondere Glaskohlenstoff findet einen kontinuierlich steigenden Einsatz als Tiegelwerkstoff in der Gießereiindustrie.

Im Rahmen eines Projektes, ist es erforderlich Glaskohlenstoff stoffschlüssig mit Glaskohlenstoff und Keramik, bevorzugt mit Al2O3 bzw. mit Si3N4 zu Fügen. Diesbezüglich sind Verfahren zu entwickeln bzw. vorhandene Verfahren zu optimieren, um den Anforderungen z.B. an die Temperatur-, Korrosions-, und Vakuumbeständigkeit der Fügeverbindung zu genügen.

Ziel ist die Herstellung von intakten Fügeverbindungen und Untersuchung ausgewählter Lotsysteme und Verfahren, unter Betrachtung mikrostruktureller Veränderungen.

Das Arbeitsprogramm beinhaltet:

  • Literaturrecherche zum Stand der Technik
  • Auswahl geeigneter Lot- und Subtratwerkstoffe, unter Erstellung eines Versuchsplans
  • Durchführung von Lötexperimenten z. B. durch Aktivlöten
  • Charakterisierung und Prüfung der erzeugten Fügeverbindungen
  • Ergebnisdarstellung und Diskussion
  • Zusammenfassung und Ausblick

Es werden vorwiegend Studenten mit werkstofftechnischem Hintergrund gesucht.

Ansprechpartner: Dr.-Ing. D. Nestler
Raum A104, Tel.: 0371 531 36546
Email an Frau Nestler

Dieses Thema ist besonders als Studien- bzw. Projektarbeit geeignet.

 

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Evaluierung verschiedener Methoden zur Vorbehandlung von SiC-Fasern

Verglichen zur monolithischen Keramik besitzen Faserkeramiken eine höhere Bruchzähigkeit und sind somit als Konstruktionswerkstoff für Hochtemperaturanwendungen attraktiv. Dieses Verhalten wird auf mikrostruktureller Ebene durch energiedissipierende Mechanismen, wie z. B. Rissablenkung, Rissverzweigung, Rissüberbrückung und Faser-Pull-Out, erreicht. Damit diese Mechanismen effektiv wirksam werden, ist eine hinreichend schwach eingestellte Faser/Matrix-Bindung (FMB) gefordert, die dennoch eine ausreichende Kraftübertragung am Interface gewährleistet.

Die Eigenschaften des Faser-Matrix-Interfaces können durch das Aufbringen einer Faserbeschichtung gezielt eingestellt werden. Eine häufige Methode stellt hierbei die chemische Gasphasenabscheidung (Chemical Vapour Deposition – CVD) dar. Vor dem Beschichtungsprozess ist eine entsprechende Vorbehandlung der Faserbündel notwendig. Diese dient sowohl zum Entfernen der Faserschlichte als auch zur Optimierung der Schichthaftung und des Schichtwachstums.

Ziel der Arbeit ist die Evaluierung verschiedener Methoden zur Vorbehandlung von Siliciumcarbidfasern.
 
Das Arbeitsprogramm beinhaltet:
  • Literaturrecherche zum Stand der Technik
  • Aufstellen eines Versuchsplanes (Versuchsmatrix)
  • Untersuchung verschiedener Möglichkeiten zur Faservorbehandlung, wie z. B. Pyrolyse, thermische Oxidation und Behandlung im HF-Plasma
  • Thermische Analyse der SiC-Fasern
  • Charakterisierung der unbehandelten und vorbehandelten Fasern mit verschiedenen Methoden (Lichtmikroskopie, Rasterelektronenmikroskopie, AFM, Einzelfaserzugversuch)
  • Diskussion und Bewertung der Ergebnisse
  • Zusammenfassung und Ausblick
Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Kristina Roder
Raum E005, Tel.: 0371 531 37643
E-Mail an Frau Roder

Dieses Thema ist als Studien-, Projekt-, Bachelor-, Master- und Diplomarbeit geeignet.

 

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Bestimmung der Grenzflächeneigenschaften von Verbundwerkstoffen mittels Einzelfaser-Push-Out-Versuchen

Beispiel: Kohlenstofffasern in einer Kohlenstoffmatrix
Beispiel: Kohlenstofffasern in einer Kohlenstoffmatrix
Die Werkstoffeigenschaften von Faserverbundwerkstoffen werden neben den Faser- und Matrixeigenschaften maßgeblich von den Grenzflächeneigenschaften zwischen Faser und Matrix bestimmt. Dabei werden bei jeder Verbundwerkstoffgruppe (Polymer Matrix Composites (PMCs), Metal Matrix Composites (MMCs) und Ceramic Matrix Composites (CMCs) unterschiedliche Anforderungen an die Grenzflächenbeschaffenheit gestellt, welche durch die Prozessparameter bei der Verbundherstellung, durch die Faser- und Matrixauswahl sowie durch eine Faservorbehandlung oder -beschichtung gezielt beeinflusst werden kann. Um Verbundwerkstoffe mit maßgeschneidertem Eigenschaftsprofil zu entwickeln, sind genaue Kenntnisse über die Grenzflächeneigenschaften notwendig.

Eine Methode zur mechanischen Charakterisierung der Grenzflächeneigenschaften stellt der Einzelfaser-Push-Out-Versuch dar. Die zu prüfende Probe wird direkt dem Verbundwerkstoff entnommen und auf eine entsprechende Dicke präpariert. Bei der Prüfung wird die Faser mittels eines geeigneten Prüfkörpers (Indenters) aus der Matrix herausgedrückt und der entsprechende Kraft-Weg-Verlauf erfasst.

Ziel der Arbeit stellt die Bestimmung der Grenzflächeneigenschaften von Verbundwerkstoffen mittels Einzelfaser-Push-Out-Versuchen dar. Einflüsse der Probenhalterung, der Probenpräparation und der Prüfparameter sollen durch systematische Untersuchungen aufgezeigt und diskutiert werden.
Das Arbeitsprogramm beinhaltet:
  • Literaturrecherche zum Stand der Technik
  • Aufstellen eines Versuchsplanes
  • Untersuchung verschiedener Möglichkeiten zur Probenhalterung
  • Bestimmung des Einflusses der Probenpräparation (insbesondere der Probendicke) auf das Prüfergebnis
  • Bestimmung des Einflusses der Prüfparameter auf das Prüfergebnis
  • Diskussion und Bewertung der Ergebnisse
  • Zusammenfassung und Ausblick

Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Kristina Roder
Raum E005, Tel.: 0371 531 37643
E-Mail an Frau Roder

Dieses Thema ist als Studien-, Projekt-, Bachelor-, Master- und Diplomarbeit geeignet.

 

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Systematische Untersuchungen zur Dehnungsmessung im Zugversuch mittels 2D-Bildkorrelation zur Bestimmung des Elastizitätsmoduls

Abbildung: Hochauflösendendes 2D-Bildkorrelationssystem
Die mechanische Materialkenngröße Elastizitätsmodul (E-Modul) wird standardmäßig nach DIN-Vorschrift im einachsigen Zugversuch aus dem Spannungs-Dehnungsdiagramm ermittelt. Für die Bewertung des Werkstoffverhaltens in sehr kleinen Dimensionen muss allerdings davon abweichend das Spannungs-Dehnungsverhalten oft in speziellen Mikrodeformationseinrichtungen studiert werden. Es ist unvermeidbar, dass es hierbei zu Messabweichungen zwischen den verschiedenen Messverfahren kommt.

In der vorliegenden Aufgabenstellung soll als Prüfeinrichtung ein Mikrozugmodul der Firma Kammrath & Weiss GmbH zum Einsatz kommen, welches mit einer mikroskopischen Bilderfassungseinrichtung sowie einem hochauflösenden 2D-Bildkorrelationssystem (uniDAC, Chemnitzer Werkstoffmechanik GmbH) kombiniert wird. Durch die verwendete optische Dehnungsmessmethode der 2D-Bildkorrelation kann die Messung berührungslos und hochauflösend direkt an der Probe durchgeführt werden. Weiterhin ist es möglich, lokal in ausgewählten Probenbereichen zu messen und mechanische Fehlerquellen (wie das Rutschen in den Probenhalterungen) zu erkennen. Mit der Kamera der Bilderfassungseinrichtung werden zeitgesteuert Bilder des Probekörpers während des Zugversuches erfasst. Im Postprocessing erfolgen mit der Bildkorrelationssoftware die Bildanalyse und die Ermittlung der Längsdehnung. Der E-Modul ist dann aus dem Spannungs-Dehnungsverlauf abzuleiten.

Ziel der Arbeit ist es, systematisch die Dehnungsmessung mittels 2D-Bildkorrelation im Zugversuch zur Bestimmung des E-Moduls zu untersuchen. Ein geeigneter Modellwerkstoff ist auszuwählen und die messtechnischen Randbedingungen sind zu definieren. Die Bewertung der bildkorrelationsgestützten Dehnungsmessung soll statistisch abgesichert werden. Zum Vergleich sollen zwei weitere Verfahren zum Einsatz kommen:
  1. standardisierter Zugversuch nach DIN an der Werkstoffprüfmaschine
  2. Zugversuch mit Mikrozugmodul von Kammrath & Weiss GmbH mit dem mechanischen Mikroextensometer
Das Arbeitsprogramm beinhaltet:
  • Literaturrecherche zum Stand der Technik
  • Aufstellen eines terminierten Versuchsplanes
  • Durchführung der Prüfversuche unter Berücksichtigung der statistischen Absicherung
  • Bestimmung des Einflusses der Prüfparameter auf das Prüfergebnis
  • Analyse charakteristischer prinzipbedingter Abweichungen der einzelnen Methoden (Aufklärung von Ursachen, Vorschläge für Korrekturen)
  • Ableitung einer Prüfvorschrift
  • Dokumentation, Diskussion und Bewertung der Ergebnisse
  • Zusammenfassung und Ausblick

Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Kristina Roder
Raum E005, Tel.: 0371 531 37643
E-Mail an Frau Roder

Dieses Thema ist als Studien-, Projekt-, Bachelor-, Master- und Diplomarbeit geeignet.

 

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