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Vielschichtige Eigenschaftsprofile benötigen zunehmend moderne Verbundwerkstoffe und Werkstoffverbunde einschließlich der raschen Entfaltung neuer Fertigungstechnologien, da der monolithische Werkstoff bzw. ein einziger Werkstoff den heutigen komplexen Anforderungen nicht mehr genügen kann. Zukünftige Werkstoffsysteme haben wirtschaftlich eine Schlüsselposition und sind auf den Wachstumsmärkten von grundlegender Bedeutung. Gefragt sind maßgeschneiderte Leichtbauwerkstoffe (tailor-made composites) mit einem adaptierten Design. Dazu müssen Konzepte entwickelt werden, um die Kombination der Komponenten optimal zu gestalten. Das erfordert werkstoffspezifisches Wissen und Korrelationsvermögen sowie die Gestaltung komplexer Technologien, auch unter dem Aspekt der kontinuierlichen Massen- und Großserienfertigung (in-line, in-situ) und damit der Kostenreduzierung bislang teurer Verbundwerkstoffe und Werkstoffverbunde.

In der Vorlesung werden einleitend die Entwicklung und der Einsatz von Leichtmetallen und Keramiken, Verbundwerkstoffen und Werkstoffverbunden diskutiert und die Bedeutung dieser Werkstoffe als „Werkstoffe nach Maß“ herausgestellt. Die Studenten erhalten zunächst einen Überblick zu den Begriffsbestimmungen. Werkstoffwissenschaftliche Grundlagen mit Bezug auf die betrachteten Werkstoffe werden erklärt. Im Folgenden geht die Vorlesung auf die Eigenschaften und das Einsatzpotenzial von Keramikmatrix- und Metallmatrix-Verbundwerkstoffen sowie Werkstoffverbunden ein. Ziel ist die Wissensvermittlung zur Herstellung von Leichtmetallen, Verbundwerkstoffen und Werkstoffverbunden.

Das Modul vermittelt Fähigkeiten, mit den Termini der Leichtmetalle, Verbundwerkstoffe und Werkstoffverbunde umgehen zu können. Darüber hinaus erlangen die Studenten Kenntnisse, um die Eigenschaften und das Einsatzpotenzial der Leichtmetalle, der Keramikmatrix- und Metallmatrix-Verbundwerkstoffe sowie der Werkstoffverbunde sicher einschätzen zu können. Ebenso sind die Studenten in der Lage, Herstellungsverfahren und Prüfverfahren bzgl. der Chancen und Grenzen dieser Werkstoffgruppen richtig zu bewerten und anzuwenden.

- English version -

Complex property profiles increasingly require modern composites and material compounds along with the rapid development of new manufacturing technologies as the monolithic material or a single material can no longer meet today’s complex requirements. Future material systems have an economical key position and a fundamental importance in the growth of markets. Customized lightweight materials (tailor-made composites) with an adapted design are in high demand. For this purpose, concepts must be developed in order to optimize the combination of the components. This requires material-specific knowledge and correlation capabilities along with the design of complex technologies with regard to continuous mass and series production (in-line, in-situ), so that the cost of expensive composite materials and composites could be reduced.

In the lectures, the development and use of lightweight metals and ceramics, composites and material compounds will be discussed and the importance of these materials as "Customized materials" will be highlighted. The students will first get an overview of the definitions. Basics of Material science with reference to the considered materials will also be explained in detail. Following these, the lectures also deal with the properties and potential uses of ceramic matrix composites, metal matrix composites and material compounds. The goal is to transfer the relevant knowledge for the production of light metals, composites and material compounds.

The module provides skills to deal with the terms of light metals, composites and material compounds. In addition, the students also gain sufficient knowledge to conduct a reliable assessment of the properties and potential applications of light metals, ceramic matrix composites, metal matrix composites and material compounds. Likewise, students will be able to properly evaluate and apply manufacturing processes and test methods with respect to the opportunities and limitations of these material groups.

Das Modul vermittelt grundlegende Kenntnisse zu Ermüdungsprozessen unter einstufiger Schwingbeanspruchung bei konstanter Temperatur. Im Fokus stehen dabei insbesondere die Wechselwirkungen von Beanspruchung, Mikrostruktur, Verformungs- bzw. Schädigungsmechanismen und Lebensdauer von Stählen und Leichtmetallen. Weiterhin werden wichtige Einflussfaktoren auf die Ermüdungsfestigkeit diskutiert und zerstörungsfreie Messverfahren für die Charakterisierung des Wechselverformungs- und Ermüdungsverhaltens präsentiert.

Im Seminar werden praxisorientiert Auslegungsverfahren der klassischen Dauerfestigkeit vorgestellt und an Beispielen angewendet. Zudem werden aktuelle Forschungsarbeiten zum Thema präsentiert und diskutiert.

Nach erfolgreichem Abschluss des Moduls verfügen die Studenten über umfassende Kenntnisse zu Ermüdungsprozessen und den Zusammenhängen zwischen Mikrostruktur, Verformungs- bzw. Schädigungsmechanismen und Lebensdauer. Die Studenten sind in der Lage, die Dauerfestigkeit zyklisch beanspruchter metallischer Werkstoffe zu bewerten und kennen rechnerische sowie experimentelle Methoden, das Ermüdungsverhalten zu bestimmen.

Nach Vermittlung der physikalisch-chemischen Grundlagen zum strukturellen Aufbau und zur Herstellung von Gläsern werden deren Eigenschaften sowie Prüf- und Charakterisierungsmethoden für diese Werkstoffe behandelt. Einen Schwerpunkt bildet dabei der Zusammenhang zwischen chemischer Zusammensetzung, Aufbereitung, Gefüge und Eigenschaften der Gläser. Ferner wird ein Überblick zu technischen Anwendungen von gläsernen Werkstoffen gegeben und auf die spezifischen Besonderheiten bei der Werkstoffauswahl eingegangen. Die Übungen dienen zur gezielten Anwendung und systematischen Vertiefung der in der Vorlesung vermittelten Inhalte.

Nach erfolgreichem Abschluss des Moduls verfügen die Studenten über umfangreiche wissenschaftliche als auch praktische Kenntnisse zum Zusammenhang zwischen Aufbau, Herstellung und Eigenschaften von gläsernen Werkstoffen. Sie sind in der Lage, entsprechende Charakterisierungsmethoden für Gläser auszuwählen sowie eine anwendungsgerechte Werkstoffauswahl vorzunehmen.

Im Modul werden die wichtigsten Grundlagen zum Einsatz von Hochtemperaturwerkstoffen vermittelt. Dazu wird zunächst das Verhalten metallischer Werkstoffe unter hohen Temperaturen behandelt, wobei das Verformungsverhalten bei statischer und zyklischer Belastung, metallkundliche Vorgänge beim Kriechen sowie der Einfluss von Gefüge und Gefügeinstabilitäten auf das Werkstoffverhalten betrachtet werden. Einen weiteren Schwerpunkt bildet das Thema Hochtemperaturkorrosion (Zundern, Heißgaskorrosion, Taupunktkorrosion). Zudem wird auf typische Hochtemperaturwerkstoffe sowie deren praktischen Einsatz eingegangen.

Nach erfolgreichem Abschluss des Moduls verfügen die Studenten über umfassende Kenntnisse zum Verhalten von Werkstoffen beim Einsatz unter hohen Temperaturen. Die Studenten sind in der Lage, entsprechend des Anforderungsprofils geeignete Hochtemperaturwerkstoffe auszuwählen.

Bitte besuchen Sie die Lehrveranstaltung Complex Materials for Manufacturing, die im Wintersemester angeboten wird.

Please go to the course Complex Materials for Manufacturing, which is provided in the winter semester.

Es wird auf Keramiken sowie darauf basierende Verbundwerkstoffe eingegangen. Ferner werden Leichtmetalle auf Basis von Aluminium und Titan sowie hochfeste Leichtbaustähle betrachtet. Es werden die Herstellung, die spezifischen Verarbeitungseigenschaften sowie die sich ergebenden charakteristischen technologischen Eigenschaften der Werkstoffe und Werkstoffgruppen vergleichend dargestellt und diskutiert. Zudem werden aktuelle und zukünftige Anwendungsfelder dieser Werkstoffgruppen unter besonderer Berücksichtigung der Entwicklung hybrider Komponenten betrachtet. Die Übungen dienen zur gezielten Anwendung und systematischen Vertiefung der in der Vorlesung vermittelten Inhalte.

Nach erfolgreichem Abschluss des Moduls sind die Studenten in der Lage, die Erzeugung, die Verarbeitung, die sich ergebenden Eigenschaften sowie die sich daraus eröffnenden Anwendungsfelder der relevanten Leichtbauwerkstoffgruppen und deren Kombinationen zu verstehen, zu gestalten und diese kritisch und sicher anzuwenden.

Das Modul gibt einen Einblick in den gegenwärtigen Entwicklungsstand der Löt-technik. Nach der Darstellung der metallkundlichen und physikalischen Grundlagen des Lötens wird eines der Hauptprobleme beim Löten behandelt: die Beseitigung von Fremd-schichten (insbesondere Oxidschichten), die die Benetzung der Grundwerkstoffoberflächen durch das Lot erschweren. Weiterhin werden wichtige Lötverfahren sowie typische Lote für das Weich- und Hartlöten verschiedener Grundwerkstoffe erläutert. Auch das Löten von nichtmetallischen Werkstoffen, wie Keramiken, Gläsern und Graphit, sowie die Besonderheiten beim Löten dieser Werkstoffe werden behandelt. Weitere Abschnitte befassen sich mit Gestaltungsrichtlinien zum lötgerechten Konstruieren und der Prüfung von Lötverbindungen, Loten und Flussmitteln.

Nach erfolgreichem Abschluss des Moduls verfügen die Studenten über Kenntnisse zum Weich- und Hartlöten unterschiedlichster Werkstoffe (artgleiche, als auch artfremde Lötverbindungen). Sie sind in der Lage, für bestimmte Anwendungsfälle geeignete Lotwerkstoffe und Löttechnologie auszuwählen.

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

Nach erfolgreichem Abschluss des Moduls sind die Studenten befähigt, den Ablauf einer Schadensanalyse selbst zu planen und durchzuführen, und sind für wesentliche Probleme bei der Anwendung und dem Einsatz von Bauteilen sensibilisiert.

Im Modul werden einleitend Gründe für Entwicklung und Einsatz von Verbundwerk-stoffen und Werkstoffverbunden genannt und die Bedeutung dieser Werkstoffe als „Werk-stoffe nach Maß“ für Anwendungen aus dem täglichen Gebrauch (z.B. Automobil- und Freizeitsektor) sowie für spezielle, extreme Beanspruchungen (z.B. Luft- und Raumfahrt, Leistungselektronik) abgeleitet. Die Studenten 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 er-läutert. Im Weiteren geht die Vorlesung auf die Eigenschaften und das Einsatzpotenzial von Polymermatrix-, Keramikmatrix- und Metallmatrix-Verbundwerkstoffen sowie Mischbau-weisen und hybriden Verbunden ein. Anschließend erfolgt die Wissensvermittlung zur Her-stellung 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.

Die Studenten erwerben Fähigkeiten, um die Eigenschaften und das Ein-satzpotenzial von Polymermatrix-, Keramikmatrix- und Metallmatrixverbundwerkstoffen sowie Mischbauweisen und hybriden Verbunden sicher einschätzen zu können. Die besondere Bedeutung der Grenzfläche und von weiteren Struktur-Eigenschaftsbeziehungen ist bekannt. Ebenso sind die Studenten in der Lage, Herstellung und Prüfverfahren bzgl. der Chancen und Grenzen richtig zu bewerten und auf mobile Systeme anzuwenden.

In einem Komplexpraktikum sollen die Studierenden lernen, wissenschaftlich korrekt eine praktische Aufgabe im Team zu bearbeiten. Nach einer Einführung in die fachliche Problematik wird den Studierenden eine Aufgabe auf dem Gebiet der Verbundwerkstoffe gestellt, die sich an industrienahen Anwendungen orientiert. Die Studierenden müssen verschiedene Abteilungen der Professur nutzen, was ihnen hilft, sich eine selbstständige Arbeitsweise anzueignen. Es sind Proben anzufertigen. Diese sind mikrostrukturell-analytisch zu untersuchen und einer mechanischen bzw. physikalischen Prüfung zu unterziehen. Im Praktikumsbericht sollen die Studierenden einer wissenschaftlichen Gliederung folgen (Aufgabenstellung, Einleitung mit Motivation und Zielstellung, Stand der Technik, Versuchsdurchführung, Ergebnisdarstellung und Diskussion, Zusammenfassung).

Die Studierenden besitzen eine sehr gute Ausbildung auf dem Gebiet der Verbundwerkstoffe und sind auf dem Forschungs- und Einsatzgebiet auf aktuellstem Stand ausgebildet. Sie haben praktische Erfahrungen und Kenntnisse der wissenschaftlichen Arbeitsweise erworben.

Das Modul besteht aus den Lehrveranstaltungen „Werkstoffprüfung“ und „Werkstoff- und Gefügeanalyse“. Es liefert daher zum einen wesentliche Grundlagen für die zielgerichtete Werkstoffentwicklung und -auswahl und stellt Kennwerte für die Bauteilberechnung zur Verfügung. Zum anderen wird die Verbindung zwischen makroskopischen Werkstoffeigenschaften und dem mikroskopischen Werkstoffaufbau hergestellt, indem Wissen zur Gefügeausprägung und -änderung beim Erstarren metallischer Schmelzen, Beschichten und Fügen sowie bei Wärmebehandlung, Randschichtbehandlung, Umformen und während des Werkstoffeinsatzes vermittelt werden. Kenntnisse zu ausgewählten Untersuchungsmethoden und ihrer Anwendung werden im Rahmen von Laborpraktika vertieft.

Die Studierenden erwerben somit einerseits grundlegende Kenntnisse zur mechanischen und zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung und lernen die am häufigsten eingesetzten mechanischen und zerstörungsfreien Prüfverfahren kennen, wodurch sie befähigt werden, mit Hilfe der Verfahren der Werkstoffprüfung die Eigenschaften von Werkstoffen/Bauteilen unter anwendungsnahen Bedingungen qualitativ und quantitativ zu bestimmen. Gleichzeitig werden sie in die Lage versetzt, Werkstoffeigenschaften mit dem vorliegenden Werkstoffaufbau in Beziehung zu setzen und dafür notwendige mikrostrukturrelevante Aufgabenstellungen erfolgreich zu bearbeiten.

Das Modul vermittelt grundlegende Kenntnisse zu den Herstellungsverfahren, Eigenschaften und Anwendungsgebieten von Werkstoffverbunden. Es stehen insbesondere form-, kraft- und stoffschlüssige Verfahren zum Verbinden artfremder Werkstoffe wie Metalle, Keramiken, Kunststoffe, und faserverstärkte Kunststoffe im Vordergrund der Wissensvermittlung. Bei den stoffschlüssigen Verfahren wird neben dem industriell bedeutsamen Kleben, auf das Löten und das Verbinden unterschiedlicher Werkstoffkombinationen durch moderne Schweiß- und Pressschweißverfahren eingegangen. Ein weiterer Schwer-punkt in dem Modul ist die Wissensvermittlung auf dem Gebiet hybrider Verbunde. Der Fokus liegt dabei auf Kernverbunden (Sandwiche), Mehrschichtverbunden (Plattierungen und hybriden Laminaten) sowie hybriden Bauteilstrukturen, die in hochintegrativen Fertigungsprozessen hergestellt werden. Grenzflächenprobleme sowie die gezielte Modifikation der Grenzflächen werden behandelt. Die Studierenden erhalten Einblick in wichtige mechanisch-technologische, strukturell-analytische, chemische und physikalische Charakterisierungsmethoden für Werkstoffverbunde. Das Modul beinhaltet auch aktuelle Trends und Forschungsergebnisse aus den Projekten der Professur Verbundwerkstoffe und Werkstoffverbunde.

Die Studenten besitzen eine sehr gute Ausbildung auf dem Gebiet der Werkstoffverbunde und sind hinsichtlich des Forschungs- und Einsatzgebietes auf aktuellstem Stand ausgebildet.

• Thermische Verfahren für Eisen- und Nichteisenmetalle (Glühverfahren, Härteverfahren, Anlassen, Vergüten, Bainitisieren, Randschichttechnik, Ausscheidungshärten)
• Thermo-chemische Verfahren für Eisen- und Nichteisenmetalle (Nichtmetall-, Me-tall- und Nichtmetall-Metall-Diffusionsverfahren)
• Thermo-mechanische Verfahren
• Prozessabläufe und Einsatzmöglichkeiten der Verfahren, Anlagentechnik und Fehlerbetrachtung (Wareneingangskontrolle, Qualitätskontrolle, Schadensfälle)

Es werden grundlegende Kenntnisse zur thermischen, thermo-che-mischen und thermo-mechanischen Behandlung von Stählen, Eisengusswerkstoffen und Nichteisenmetallen erzielt. Die Studenten sind befähigt, ausgehend von den werkstoff-technischen Grundlagen, Eigenschaftsänderungen durch Wärmebehandlungsverfahren einzuschätzen, technologische Prozesscharakteristika zu bewerten und damit den Zu-sammenhang zwischen Behandlungsvariabilität, Verfahrensparametergestaltung und Eigenschaftsoptimierung zu beherrschen.