Professur Verbundwerkstoffe

Lehrveranstaltung: Beschichtungstechnik

Ausgehend von der Bedeutung und der Beanspruchung technischer Oberflächen werden die Möglichkeiten der Oberflächenveredlung dargestellt. Daraus folgt, daß eine wesentliche Möglichkeit zur Verbesserung von Oberflächeneigenschaften in der Herstellung von Schichten besteht. Nach einer allgemeinen Charakterisierung des Beschichtens (Charakterisierung von Oberflächen und Schichten, Vorbedingungen für die Herstellung und den Einsatz von Schichten, Struktur der Beschichtungsverfahren und technologischer Ablauf beim Beschichten) werden die Verfahrensgrundlagen der Oberflächenvorbehandlung und des Beschichtens behandelt. Die wichtigsten Beschichtungsvefahren werden besprochen (Verfahren zur Erzeugung anorganisch-nichtmetallischer, organischer und metallischer Schichten; dazu zählen beispielsweise das Anodische Oxidieren, das Chemische Umwandeln, das Emaillieren, das Beschichten mit Anstrichstoffen und Kunststoffpulvern durch Tauchen, Wirbelsintern, Spritzen Elektrophorese und Elektrostatik, das Schmelztauchen, das Galvanische Abscheiden, das Thermische Spritzen sowie die CVD- und PVD-Verfahren). Abschließend werden die Umweltbeziehungen des Beschichtungsprozesses und Fragen der Auswahlmethodik für Schichten behandelt.
Ausgehend von verschleiß- und korrosionsbedingten Schädigungen von Werkstoffen werden die Grundlagen von Verschleiß und Korrosion behandelt. Daraus werden die Möglichkeiten des Verschleiß- und Korrosionsschutzes abgeleitet und dargestellt. Eine wesentliche diesbezügliche Möglichkeit stellt das Beschichten dar. Die wichtigsten Schichten und Beschichtungsverfahren werden unter Berücksichtigung der spezifischen Vorbehandlungstechnologien erläutert. Dazu gehören im Wesentlichen: Galvanische und chemische Metallabscheidung, Thermisches Spritzen, Anodisieren, Schmelztauchbeschichten, Phosphatieren, PVD, CVD, Auftragschweißen und Organisches Beschichten. Da Oberflächenbeschichtungen gleichzeitig eine Reihe weiterer Eigenschaften beeinflussen können (elektrische und thermische Leitfähigkeit, physiologisches Verhalten, Farbe, Glanz u.a.), wird im weiteren Verlauf der Lehrveranstaltung auch darauf eingegangen. Dazu werden praktische Anwendungen besprochen. Abschließend werden die Umweltbeziehungen des Beschichtungsprozesses und Fragen der Auswahlmethodik für Schichten behandelt.

Praktika:

  • Metallische Schichten (galvanische u. chemische Metallabscheidung, Schmelztauchverzinken)
  • Nichtmetallisch anorganische Schichten (Anodisieren, Phosphatieren, Brünieren, Sol-Gel-Beschichten)
  • Thermisches Spritzen (APS, HVOF, Drahtflammspritzen)
  • Organische Schichten (Wirbelsintern, Pulverbeschichten)
  • Schichtcharakterisierung (Haftfestigkeit, Glanz, Schichtdicke, Konturtreue)
Voraussetzungen: Grundstudium
Abschluss: Prüfung
Lehrende: Prof. Lampke, Dr. Grund

Lehrveranstaltung: Elektrochemie/Galvanotechnik

(MA Maschinenbau/Produktions­technik)

Durch die Vernachlässigung des Themas Elektrochemie und Galvanotechnik in der deutschlandweiten akademischen Ausbildung fehlen der galvanotechnischen Branche entsprechend ausgebildete Ingenieure. Im neuen Masterstudiengang Leichtbau und Werkstofftechnik wird diese Thematik aufgegriffen und in den Fächerkatalog (Pflichtteil Werkstofftechnik) integriert. Folgende Inhalte sind geplant:

  • Elektrochemische Grundlagen
  • Modellbildung elektrochemischer Prozesse
  • Grundlagen der Galvanotechnik
  • Schichtsysteme
  • Beschichtungsverfahren
  • Elektrochemische Analytik
  • Schichtcharakterisierung

Praktika:
Fast alle Praktika sollen mit Firmen, die im Zentralverbandes Oberflächentechnik e.V. organisiert sind, durchgeführt werden, um den praktischen Bezug und die Attraktivität dieses Themengebietes zu betonen.
Voraussetzungen: Grundstudium
Abschluss: Prüfung
Lehrende: Prof. Lampke
 

Lehrveranstaltung: Funktionswerkstoffe

(BA/MA Automobilproduktion, Sports-Engineering und Maschinenbau/Produktionstechnik); ab SS 2009

Zu den Funktionswerkstoffen zählt eine Vielzahl von Materialien, die sich durch ihre spezifischen funktionellen Eigenschaften auszeichnen. Das Hauptaugenmerk der Lehrveranstaltung ist auf die physikalischen Ursachen und die Beschreibung der Effekte gerichtet. Ebenso wird Wert auf die Herstellungsverfahren, die Charakterisierung der Eigenschaften dieser Materialien und deren Anwendung gelegt. Teilgebiete sind:

  • Piezoeffekte
  • magnetostriktiver und elektrostriktiver Effekt
  • magnetorheologischer und elektrorheologischer Effekt
  • Formgedächtniseffekt (thermischer und magnetischer Formgedächtniseffekt)
  • thermische Effekte (thermische Sensoreffekte, thermoelektrische Aktorik)
  • Photoeffekte (photoelektrische und photoelastische Sensoreffekte)
  • multifunktionale Schichten / Oberflächen (hydrophile, hydrophobe und photokatalytische Schichten)
  • Funktionsweise von Sensoren / Aktoren
  • selbstschmierende Schichten
  • Schichten mit Signalwirkung
  • optische Schichten (schaltbare Transmission, Antireflexion)
  • selbstausheilende Schichten
  • system- und belastungsabhängige Eigenschaftsanpassung von Werkstoffen.
Voraussetzungen: Grundstudium
Abschluss: Prüfung
Lehrende: Prof. Lampke

Lehrveranstaltung: Gefügeanalyse

Das Eigenschaftsspektrum von Werkstoffen steht unmittelbar mit dem mikroskopischen Werkstoffaufbau in Zusammenhang. Die Gefügeanalyse gilt als Grundlage für die Bewertung des Werkstoffzustandes und dessen Beeinflussung durch die Prozessgestaltung bei der Herstellung bzw. der Nachbehandlung. Anhand vielfältiger Beispiele wird dargestellt, welche Aspekte bei der Gefügebewertung zu berücksichtigen sind. Es werden Grundlagen zur Präparationstechnik und zu den Untersuchungsverfahren vermittelt. Neben der Lichtmikroskopie wird auch die Rasterelektronenmikroskopie mit gekoppelter chemischer Analytik behandelt. Ein Laborpraktikum dient dem Kennenlernen der vorhandenen Technik und der Anwendung des Vorlesungsinhaltes.

Voraussetzungen: Grundstudium
Abschluss: Prüfung
Lehrende: Prof. Wielage, Dr. Podlesak

Lehrveranstaltung: Keramische und metallische Leichtbauwerkstoffe

Die Lehrveranstaltung „Keramische und metallische Leichtbauwerkstoffe“ baut auf der Vorlesung „Grundlagen der Werkstofftechnik“ auf und vertieft die dort nur in Ansätzen vermittelten Grundlagen bezüglich der keramischen und metallischen Leichtbauwerkstoffe. Im Einzelnen wird auf die monolithischen Keramiken sowie faserverstärkte Verbundkeramiken, Leichtmetalle auf der Basis von Magnesium, Aluminium und Titan, Titanaluminide, Beryllium sowie diverse hochfeste Stähle eingegangen. Ausgehend von der Herstellung der jeweiligen Rohmaterialien werden die spezifischen Verarbeitungs- sowie Gebrauchseigenschaften im Vergleich behandelt und die Maßnahmen zum Erzielen optimaler Eigenschaftsprofile von Erzeugnissen unter ökonomischen Randbedingungen abgeleitet. Übungen / Exkursionen ergänzen die Lehrveranstaltung.

Voraussetzungen: Grundstudium
Abschluss: Schein
Lehrende: Prof. Wielage, Dr. Alisch, Dr.-Ing. Nestler

Lehrveranstaltung: Korrosions- und Verschleißschutz

Nach einer allgemeinen Einführung werden die Grundlagen der Korrosion (Entstehung von Korrosionsschäden) behandelt. Dazu gehören die Darstellung des Korrosionssystems, die Erläuterung des Korrosionsprozesses (u.a. Thermodynamik und Kinetik), Korrosionsarten, Korrosionserscheinungen und Korrosionsprodukte. Es folgen Ausführungen zum Korrosionsverhalten ausgewählter Werkstoffe, zur Bewertung des Korrosionsverhaltens und zur Korrosionsschadensanalyse. Abschließend werden Möglichkeiten des Korrosionsschutzes (aktiver, passiver und temporärer Korrosionsschutz) aufgezeigt und die Methodik zur Auswahl von Korrosionsschutzvarianten diskutiert.
Ausgehend von der Grundstruktur der Tribosysteme werden die Grundlagen des Verschleißes (Entstehung von Verschleißschäden) behandelt. Dazu gehören die Darstellung der Kenngrößen von Tribosystemen (z. B. Bewegungsverhältnisse, Mikrogeometrie) und die Diskussion der Verschleiß-Grundmechanismen (Adhäsions-, Abrasions- und Ermüdungsverschleiß, Tribokorrosion) sowie die Vorstellung bekannter Verschleißtheorien. Daran schließen sich Ausführungen über die Bewertung des Verschleißverhaltens (tribologische Prüfkette), die Verschleißdiagnostik und die Verschleißschadensanalyse an. Abschließend wird ein Überblick über die Möglichkeitn des Verschleißschutzes gegeben und die Methodik zur Auswahl von Verschleißschutzvarianten diskutiert.

Voraussetzungen: Grundstudium
Abschluss: Prüfung
Lehrende: Prof. Lampke, Dr. Pokhmurska, Dr. Nickel

Lehrveranstaltung: Löten von metallischen und keramischen Werkstoffen

Die Vorlesungsreihe gibt einen Einblick in den gegenwärtigen Entwicklungsstand der Löttechnik. Nach der Darstellung der metallkundlichen und physikalischen Grundlagen des Lötens wird eines der Hauptprobleme beim Löten behandelt - die Beseitigung der Fremdschichten (insbesondere Oxidschichten), die die Benetzung der Grundwerkstoffoberfläche durch das Lot verhindern. Weiterhin werden die wichtigsten Lote und Lötverfahren dargestellt. Im Abschnitt Löten nichtmetallischer Werkstoffe werden Verfahren zum Löten von Keramik mit Metall, Gläsern und Graphit erläutert. Weitere Abschnitte befassen sich mit Gestaltungsrichtlinien zum lötgerechten Konstruieren und der Prüfung von Lötverbindungen, Loten und Flußmitteln.

Voraussetzungen: Grundstudium
Abschluss: Prüfung
Lehrende: Prof. Wielage, Dr. Hoyer

Lehrveranstaltung: Schadensanalyse

Nach Erläuterungen zu technischen, ökonomischen und juristischen Konsequenzen von Fehlern und Schäden wird die komplexe Systematik der Schadensanalyse behandelt. Dabei spielen Befundaufnahme, Schadbildbeurteilung, Schädigungsmechanismen und Schadensursachen eine zentrale Rolle. Das Zusammenwirken von Konstruktion/ Berechnung-Werkstoff-Fertigung-Montage-Betrieb wird deutlich gemacht. Seminaristisch werden Praxisfälle untersucht.

Voraussetzungen: Grundstudium, Grundlagen der Konstruktion und Fertigung, Werkstoffbehandlung, Werkstoffprüfung
Abschluss: Prüfung oder Schein mit Note; Beleg
Lehrende: Prof. Wielage, Dr. Hoyer

Lehrveranstaltung: Sondergebiete der Werkstofftechnik

Diese Vorlesung gibt einen Überblick über ausgewählte Gebiete der Werkstofftechnik, die in anderen Vorlesungen nicht behandelt werden. Dazu werden zu einem großen Teil Fachleute aus anderen Fakultäten bzw. Hochschulen und Referenten aus der Industrie einbezogen, was zu einer hoch aktuellen Behandlung dieser Themen führt. Die Studierenden erhalten im Wesentlichen Kenntnisse zu den folgenden Problemkreisen: Minerale: Erze, Salze, Steine; Aktuelle Tendenzen in der Gießereitechnik; Herstellung und Eigenschaften von metallischen Schäumen; Modifikationen des Kohlenstoffs; Spezielle pulvermetallurgische Verfahren; Werkstoffe für den Einsatz in Kraftwerkskomponenten; Sensoren und Mikrosysteme; Herstellung, Verarbeitung und Eigenschaften von Papier; Gewinnung und Verarbeitung von Holzwerkstoffen, Lehm und Naturfasern sowie deren Anwendung; Einsatz der Nanotechnologie im Automobil; Moderne Implantatwerkstoffe.

Voraussetzungen: Grundstudium
Abschluss: Prüfung
Lehrende: Prof. Wielage und Kollektiv

Lehrveranstaltung: Verbundwerkstoffe

Einleitend werden Gründe für Entwicklung und Einsatz von Verbundwerkstoffen genannt und die Bedeutung der Verbundwerkstoffe als „Werkstoffe nach Maß“ für Anwendungen aus dem täglichen Gebrauch (Automobil- und Freizeitsektor etc.) sowie für spezielle, extreme Beanspruchungen (Luft- und Raumfahrt, Leistungselektronik etc.) abgeleitet. Die Studierenden erhalten einen Überblick über Herstellung, Eigenschaften und Einsatz von Fasern und Partikeln als Verstärkungskomponenten für Verbundwerkstoffe. Werkstoffwissenschaftliche Grundlagen der Partikel- und Faserverstärkung (pull-out, Delamination, Mikrorissbildung und weitere Energiedissipation) werden erläutert. Im Weiteren geht die Vorlesung auf die Eigenschaften und das Einsatzpotenzial von Polymermatrix-, Keramikmatrix- und Metallmatrixverbundwerkstoffen ein. Anschließend erfolgt die Wissensvermittlung zur Herstellung von Verbundwerkstoffen für bedeutsame Werkstoffkombinationen. Der Behandlung von Grenzflächenproblemen wird besondere Bedeutung beigemessen. Ebenso wird ein Einblick in die Besonderheiten der Prüfverfahren und Prüfmethoden für Fasern und Verbundwerkstoffe gegeben.

Praktika/Seminare:

  • Herstellung faserverstärkter PMCs (P)
  • Charakterisierung von Verbundwerkstoffen (S)
  • Mikrobiegeprüfung und Grauwertanalyse an PMCs (P)
  • Naturfaserverstärkte Verbundwerkstoffe (S)
  • Berechnung von Verbundwerkstoffen (S)
  • Fügen von Verbundwerkstoffen (P, S) 
Voraussetzungen: Grundstudium
Abschluss: Prüfung
Lehrende: Prof. Wielage, Prof. Lampke, Dr.-Ing. Daisy Nestler, Dipl.-Inf. Müller

Lehrveranstaltung: Wärmebehandlung

Nach einer grundlegenden Prozessdarstellung werden die Wärmebehandlungsverfahren für metallische Werkstoffe behandelt. Ausgehend von den technologischen Verfahrensparametern und der Prozessführung werden die metallkundlichen Vorgänge während des Prozessablaufes betrachtet. Daraus leiten sich die werkstoffspezifischen Eigenschaften des Wärmebehandlungszustandes und die Verfahrensanwendung ab. Integriert sind Ausführungen zur Anlagentechnik und Qualitätskontrolle.
Praktika vertiefen die in der Vorlesung erarbeiteten Kenntnisse.

Voraussetzungen: Grundstudium
Abschluss: Prüfung
Lehrende: Prof. Wielage, Dr. Alisch

Lehrveranstaltung: Werkstofftechnologie

Die Lehrveranstaltung Werkstofftechnologie baut auf der Vorlesung Grundlagen der Werkstofftechnik auf und vertieft die dort vermittelten Inhalte durch eine Weiterführung theoretischer Zusammenhänge mit stark anwendungsorientiertem Bezug. Es werden Grundlagen zu den einzelnen Werkstoffgruppen (Metalle, keramische Werkstoffe, Verbundwerkstoffe, Kunststoffe) hinsichtlich Herstellung, Eigenschaften, Charakterisierung, Verarbeitung und Verwendung gegeben. Im Schwerpunkt werden Kenntnisse zu folgenden Themen vermittelt:

  • Metalle (Stähle und Gusseisenlegierungen, Nickel- und Kobaltbasis- Superlegierungen, Magnesium-, Aluminium-, Titan- und Kupferlegierungen, Refraktärmetalle)
  • Intermetallische Phasen (Aluminide)
  • Keramische Werkstoffe (Silikat-, Oxid-, Nichtoxidkeramiken)
  • Verbundwerkstoffe (PMCs, MMCs und CMCs)
  • Pulvermetalurgie
  • Kunststoffe (Thermoplaste, Elastomere, Duromere)

Den typischen Einsatzgebieten der Werkstoffe entsprechend, werden die Möglichkeiten des Legierens sowie des Gefüge-Engineerings mit Schwerpunkt auf der Wärmebehandlung zur Optimierung der relevanten Gebrauchseigenschaften behandelt. Die Möglichkeiten der Werkstoffveredlung durch Beschichten werden im Überblick dargestellt.


Praktika/Seminare:
  • Phasendiagramme (S)
  • Eigenschaftskennzeichnung und Weibull-Verteilung (S)
  • Verbundwerkstofftechnologie und –auslegung (S)
  • Thermische Analyse (S, P)
  • Thermisches Spritzen (P)
Voraussetzungen: Grundstudium
Abschluss: Prüfung
Lehrende: Prof. Wielage, Prof. Lampke, Dr. Grund