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Professorship of Composites and Material Compounds
Research
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Fields of Research

    Metallmatrix-Verbundwerkstoffe (MMC) sind Metalle und metallische Legierungen, die mit keramischen Verstärkungskomponenten verstärkt werden. Diese Verstärkung erfolgt mit dem Ziel, mechanische Eigenschaften, wie E-Modul, Festigkeit, Streckgrenze, oder die Verschleißbeständigkeit des Materials zu verbessern. Die Herstellung von MMCs kann auf pulver- oder schmelzmetallurgischem Weg erfolgen. Innerhalb der Professur Verbundwerkstoffe und Werkstoffverbunde liegt der Schwerpunkt auf der pulvermetallurgischen Herstellung durch mechanisches Legieren und feldaktiviertes Sintern (FAST). Ein aktuelles Beispiel sind die im SFB692 entwickelten partikelverstärkten Aluminiummatrix-Verbundwerkstoffe.

    MMC - Bild 1
    MMC - Bild 2
    MMC - Bild 3

    Gefördert durch: Logo DFG Logo SFB 692

    Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Maik Trautmann, E-Mail: maik.trautmann@...


    Faserverstärkte Keramik-Matrixverbundwerkstoffe besitzen hervorragende chemische, thermische und mechanische Eigenschaften. Ein Trend bei den CMCs ist die Generierung von serientauglichen Herstellungsverfahren und marktfähigen Produkten. Die Professur Verbundwerkstoffe und Werkstoffverbunde beschäftigt sich speziell mit:

    • der Erforschung und Entwicklung von angepassten Kohlenstoff-Precursoren hinsichtlich Porosität und Verarbeitbarkeit
    • dem LPI-Verfahren (Liquid Polymer Infiltration) zur Entwicklung von hochtemperaturbeständigen C/C-SiC- oder C/C-SiCN-Verbunden
    • dem LSI-Verfahren bzw. fast-LSI-Verfahren (Liquid Silicon Infiltration) zur Entwicklung von hochtemperaturbeständigen C/C-SiC-Verbunden
    • der großserientechnischen Herstellung von C/C-SiC-Verbunden durch Spritzgießen als Formgebungsschritt
    • der Faser/Matrix-Interface-Anpassung mittels CVD-Beschichtung für SiCf/SiC-Verbunde
    • der Weiterverarbeitung von CMCs zu Hybridbauteilen
    • dem Fügen von CMCs der Charakterisierung von CMCs (z.B. Mikrostruktur, Phasenanalyse durch Raman-Mikroskopie, Dämpfung, mechanische Prüfung im REM)
    CMC - Bild 1
    CMC - Bild 2

    Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Maik Trautmann, E-Mail: maik.trautmann@...


    Mittels chemischer Gasphasenabscheidung (CVD) und physikalischer Gasphasenabscheidung (PVD) können dünne Schichten verschiedener Werkstoffe erzeugt werden. Ein Schwerpunkt der Forschungsarbeiten der Professur für Verbundwerkstoffe und Werkstoffverbunde stellt die Beschichtung von Einzel- bzw. Multifilamentfasern dar. Durch die Faserbeschichtung ist die Möglichkeit gegeben, das Faser/Matrix-Interface von Verbundwerkstoffen gezielt einzustellen (Interface Engineering) oder eine zusätzliche Funktionalisierung der Fasern zu erzeugen (Sensor bzw. Aktor).

    CVD- und PVD-Beschichtungsverfahren, insbesondere für Fasern

    Gefördert durch: Logo DFG

    Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Maik Trautmann, E-Mail: maik.trautmann@...


    Um die Funktionalität von neuartigen Verbundwerkstoffen und Werkstoffverbunden qualitativ abzusichern, ist die Entwicklung von intrinsischen Zustandsüberwachungssystemen unerlässlich. Durch das Structural Health Monitoring (SHM) werden bspw. zulässige mechanische Spannungen innerhalb von Faser-Kunststoff-Verbunden gemessen. Die Schwerpunkte der Forschung der Professur Verbundwerkstoffe und Werkstoffverbunde liegen insbesondere in der Abscheidung und Untersuchung von folienbasierten Dünnschichtsensoren sowie funktionalisierter Kohlenstoffeinzelfasern. Diese bieten die Möglichkeit, artefaktfreie Sensorsysteme für faserverstärkte Kunststoffe zu gestalten. Die sensorisch aktiven Schichtsysteme auf Basis von NiC und NiTi werden durch das DC-Magnetron-Sputtern abgeschieden. Ziel ist es, eine höhere Sensitivität im Vergleich zu handelsüblichen Dehnungssensoren und eine ortsaufgelöste Messung zu erreichen.

    Funktionsintegration in Verbundwerkstoffen und Werkstoffverbunden, insbesondere Structural Health Monitoring (SHM)

    Gefördert durch: Logo DFG Logo MERGE

    Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Maik Trautmann, E-Mail: maik.trautmann@...


    Hybride Laminate bestehend aus Schichten von Leichtmetallen und faserverstärkten Kunstoffen können durch Variation der Werkstoffe sowie Anzahl, Dicke und Orientierung des faserverstärkten Kunststoffes ein breites Eigenschaftsprofil abdecken. Die thermoplastische Matrix ermöglicht eine effiziente und kostengünstige Herstellung sowie gute Umformbarkeit und Recyclingfähigkeit. Durch die Integration zusätzlicher Dünnschichtsensoren (Feuchtigkeit, Dehnung) lassen sich hybride Laminate hervorragend funktionalisieren. Die Professur Verbundwerkstoffe und Werkstoffverbunde beschäftigt sich mit der Kombinationen von Leichtmetalllegierungen auf Basis von Al, Mg und Ti und faserverstärkten thermoplastischen Kunststoffen wie Polyamid 6. Insbesondere die Fragestellungen nach einer geeigneten Oberflächenbehandlung für die Adhäsion der einzelnen Schichten werden wissenschaftlich untersucht.

    Hybride Laminate

    Gefördert durch: Logo DFG Logo MERGE

    Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Maik Trautmann, E-Mail: maik.trautmann@...


    Metall-Kunststoffverbunde besitzen ein großes Potenzial für industrielle Anwendungen. Derartige Mischbauweisen vereinen die niedrige Dichte und vielseitige Verarbeitbarkeit des Kunststoffes sowie die hohe Steifigkeit und Festigkeit des Metalls. Die Realisierung solcher Bauweisen setzt werkstoff- sowie einsatzgerechte Fügeverfahren voraus. Ein Schwerpunkt der Forschung der Professur Verbundwerkstoffe und Werkstoffverbunde liegt in der Gestaltung eines innovativen Übergangsbereiches (z.B. Draht- oder Schaumstrukturen) von metallischen Einlegern die durch Spritzgießen mit Kunststoff verbunden werden.

    Metall/Kunststoff-Verbunde

    Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Maik Trautmann, E-Mail: maik.trautmann@...


    Das Löten ermöglicht die Herstellung einer Vielzahl von Verbindungen innerhalb komplexer Baugruppen in einem Prozessschritt. Unsere Forschungsthemen reichen von Weichlötverbindungen in der Elektrotechnik bis hin zu hochfesten und temperaturbeständigen Hartlötverbindungen von rost- und säurebeständigen Stählen. Im Speziellen beschäftigt sich die Professur Verbundwerkstoffe und Werkstoffverbunde mit:

    • der Herstellung von zuverlässigen Lötverbindungen für die Leistungselektronik in regenerativen Energiesystemen.
    • der Untersuchung des Benetzungs- und Fließverhaltens von Hartloten.
    • dem Einfluss der Lötatmosphäre auf die Lebensdauerfestigkeit von Lötverbindungen.
    • Ultraschallunterstützten Widerstandslötprozessen.
    • dem Aktivlöten von Metall-Keramik-Verbindungen.

    Hart- und Weichlöten Hart- und Weichlöten

    Gefördert durch: Logo AiF Logo DFG

    Ansprechpartner: Dr.-Ing. Thomas Uhlig, E-Mail: thomas.uhlig@...


    Die stetige Weiterentwicklung von Lötprozessen erfordert auch eine kontinuierliche Entwicklung und Modifikation von Lotwerkstoffen. Hierbei werden verschiedenste Zielstellungen verfolgt. Die Professur Verbundwerkstoffe und Werkstoffverbunde beschäftigt sich mit der Entwicklung und Modifikation von:

    • Fe-Basisloten mit verbesserter Korrosionsbeständigkeit für den Einsatz in trinkwasserkontaktierten Bauteilen.
    • Co-Basisloten zum Hochtemperaturlöten hochfester, thermisch stark belasteter Bauteile.
    • niedrigschmelzenden Al-Basisloten für die Herstellung von Aluminium-Stahl-Mischverbindungen.

    Lotentwicklung und Lotmodifikation - Bruchspannung
    Lotentwicklung und Lotmodifikation - Phasendiagramm

    Quelle: Effenberg, G.; Ilyenko, S.: Light Metal Systems. Part 1: Ag-Al-Cu (Silver – Aluminium – Copper). Landolt-Börnstein, Volume 11A1 (2004), pp. 1-7.

    Gefördert durch: Logo AiF Logo DFG Logo SFB 692

    Ansprechpartner: Dr.-Ing. Thomas Uhlig, E-Mail: thomas.uhlig@...


    Zur Herstellung zuverlässiger Lötverbindungen ist eine genaue Prozessführung unumgänglich. Die Weiterentwicklung und Überwachung von Lötprozessen trägt entscheidend zur Verbesserung der Eigenschaften von Lötverbindungen bei. Die Professur Verbundwerkstoffe und Werkstoffverbunde beschäftigt sich mit der Entwicklung und Optimierung von:

    • Wärmebehandlungsstrategien zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit gelöteter Plattenwärmeübertrager.
    • Lichtbogenlötprozessen zur Herstellung von Aluminium-Stahl-Mischverbindungen.
    • Ofenlötprozessen (Schutzgas und Vakuum).
    • Ultraschallunterstützten Widerstandslötprozessen.
    • Induktionslötprozessen.

    Entwicklung und Optimierung von Lötprozessen Entwicklung und Optimierung von Lötprozessen

    Gefördert durch: Logo AiF Logo DFG Logo SFB 692

    Ansprechpartner: Dr.-Ing. Thomas Uhlig, E-Mail: thomas.uhlig@...


    Nanopartikel weisen eine verringerte Schmelz- und Sintertemperatur im Vergleich zum entsprechenden Massivmaterial auf. Da nach dem Schmelz- und Sinterprozess der Partikel die thermischen Eigenschaften des Massivmaterials vorliegen, ergibt sich ein großes Potential für die Herstellung hochfester und temperaturbeständiger Verbindungen bei gleichzeitig niedrigen Fügetemperaturen, was für eine Vielzahl von Fügeaufgaben von großem Interesse ist. Die Professur Verbundwerkstoffe und Werkstoffverbunde beschäftigt sich insbesondere mit dem Fügen metallischer als auch polymerer Substrate mittels Ag- und Ni-Nanopartikeln.

    Fügen mit NP

    Gefördert durch: Logo DFG Logo MERGE

    Ansprechpartner: Dr.-Ing. Susann Hausner, E-Mail: susann.hausner@...


    Friction Stir Welding (FSW) is an innovative pressure welding process for the realization of similar and dissimilar material compounds. In this process a rotating tool with a deducted probe at its head is applied on two joining partners with a defined welding force and then moved along the joint geometry. This solid-state joining process, regulated by the introduced frictional heat, results in a firmly bonded material compound.

    The professorship of composites and material compounds works in the department of low-heat joining processes on the realization and optimization of:

    • metallic and non-metallic similar or dissimilar material compounds realized by friction stir welding with and without ultrasound enhancement (USE-FSW)
    • local near-surface gradation of metallic and non-metallic materials by friction stir processing (FSP)
    • generative realized metallic and non-metallic structures by friction stir build-up welding

    Sponsored by: Logo DFG Logo SPP 1640 Logo AiF

    Contact Person: M. Sc. Marco Thomä, E-Mail: marco.thomae@...


    Ultrasonic metal welding is a pressure welding technique. Through superimposing a static welding force and an ultrasonic oscillation it is possible to join similar as well as dissimilar metallic or non-metallic materials. Joining of the materials takes place below their respective melting temperatures thus occurring in solid state. Therefore, undesired influences on the welding zone, e.g. the formation of brittle intermetallic phases can be avoided. Ultrasonic metal welding allows for joining various geometries, for instance sheets, foils or stranded wires.

    Ultrasonic linear welding

    Lineares Ultraschallschweißen
    Lineares Ultraschallschweißen

    Ultrasonic torsional welding

    Torsionales Ultraschallschweißen
    Torsionales Ultraschallschweißen

    PowerWheel welding

    PowerWheel-Schweißen
    PowerWheel-Schweißen

    Sponsored by: Logo DFG

    Contact Person: M. Sc. Marco Thomä, E-Mail: marco.thomae@...


    Für den Verschleißschutz von Anlagen und Bauteilen kommen Oberflächenbeschichtungen durch thermisches Spritzen oder Auftragschweißen zum Einsatz. Durch die Entwicklung neuer Legierungen können neue Anwendungsfelder erschlossen werden. Hierzu stehen ein Labor-Lichtbogenofen sowie eine Schmelzverdüsungsanlage zur Pulverherstellung zur Verfügung. Die Professur Verbundwerkstoffe und Werkstoffverbunde beschäftigt sich mit der Entwicklung und Optimierung:

    • Verschleißbeständiger Fe-Basislegierungen mit hohen Hartstoffgehalten
    • Hoch schlag- und abrasionsbeständiger Fe-Basislegierungen für Verschleißschutzschichten
    • Carbidverstärkter Fe-Basislegierungen mit guter Korrosionsbeständigkeit

    Legierungsentwicklung / Metallurgie

    Gefördert durch: Logo AiF

    Ansprechpartner: Dr.-Ing. Thomas Uhlig, E-Mail: thomas.uhlig@...

  • Hochauflösende Mikrostrukturanalyse
  • Materialografie
  • Fehler- und Schadensanalyse
  • Verschiedene Analyseverfahren

Nähere Informationen zu unseren Charakterisierungsmethoden finden Sie unter Dienstleistungen.

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