Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine Oberflächenmodifizierung der keramischen Oberseite von Keramik-Metall Gradientenwerkstoffen durch ein kombiniertes Laser-Plasma Verfahren durchgeführt, um ein korrosionsbeständiges Wärmedämmschichtsystem zu erhalten Die Herstellung der dünnen, flächigen fünfschichtigen Gradientenwerkstoffe im Stoffsystem 8Y-ZrO2/ZrSiO4-NiCr8020 mit einem Mehrphasen-Zusammensetzungsgradienten erfolgte über ein pulvermetallurgisches Verfahren. Mittels laser-assisted microwave plasma processing (LAMPP), wurde an porösen, gesinterten 8Y-ZrO2 Modellkörpern eine rissfreie Versiegelung mit einer Dicke von 160 µm bis 200 µm erzielt. Unterstützend zur thermooptischen Analyse wurde eine simulationsbasierte Betrachtung des Sinterverhaltens durchgeführt. Die Wärmeleitfähigkeit bei 1000 °C Prüftemperatur ist λ_WLF= 4,28 W/(mK) für den nur gesinterten und λ_WLF= 5,13 W/(mK) für den zusätzlich versiegelten Gradientenkörper. Die mechanischen Eigenschaften wurden mittels Doppelring-Biegefestigkeit in konvexer Versuchsanordnung ermittelt. Eine Bewertung der Güte der Versiegelung der keramischen Seite der Gradientenkörper erfolgte mittels Heißgaskorrosionstest bei Anwesenheit von Vanadiumpentoxid bei 1000 °C Prüftemperatur. Durch die Versiegelung konnte die Tiefe des Vanadium-Zutritts gegenüber nur gesinterten Proben um den Faktor 7 reduziert werden.
Aktualisiert: 2021-09-02
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Die funktionale Gradierung von Beton im Inneren von Bauteilen ermöglicht eine Anpassung der bauteil-immanenten rheologischen Eigenschaften an das vorherrschende konstruktive oder bauphysikalische Anforderungsprofil. Um eine in bis zu drei Raumrichtungen kontinuierliche Manipulation der Materialeigenschaften, wie beispielsweise der Porosität, Festigkeit oder Steifigkeit, reproduzierbar im Bauteil sicherzustellen, werden in dieser Arbeit automatisierte Herstellungsverfahren und Methoden erforscht. Ziel ist es, durch Automatisierung sowie modellbasierte Steuerung und Regelung des gesamten Prozesses, gradierte Betonbauteile optimiert im Hinblick auf ihre Funktion und Belastung bereitzustellen. Hierzu wird eine vollständige Prozesskette konzipiert und entwickelt, von der Berechnung der optimalen Gradierung im Bauteil, über die anforderungsabhängige Mischung, Dosierung und Förderung bis hin zum orts-spezifischen Materialauftrag der Betone. Die entwickelten Verfahren und Methoden werden in einer automatisierten Herstellungsplattform für funktional gradierte Betonbauteile umgesetzt. Die empirische Validierung zeigt, dass mittels der automatisierten Herstellungsplattform reproduzierbar funktional gradierte Betonbauteile mit einer Masseneinsparung von weit über 25[%] bei gleichbleibender Tragfähigkeit hergestellt werden können. Dadurch ermöglicht die entwickelte Herstellungstechnologie die nachhaltige und ressourcenschonende Produktion von gewichtsreduzierten, energieminimierten und vollständig rezyklierbaren Komponenten für das Bauwesen.
Aktualisiert: 2020-12-08
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Beim Aufbau von mehrlagigen, verschleißfesten Schichten und freistehenden Strukturen aus einem Metall-Hartstoff-Verbundwerkstoff mit dem Laserstrahlbeschichtungsverfahren treten thermisch induzierte Eigenspannungen auf, die zu Defekten und Rissen und letztendlich zum Schichtversagen führen können. Neben den verfahrenstechnischen Einflussgrößen, welche die Wärmeführung beim Beschichten bestimmen, hat auch die verwendete Materialkombination einen entscheidenden Einfluss auf die Eigenspannungssituation des erzeugten mehrlagigen Schichtenverbundes und folglich auf die Rissproblematik.
Durch eine Optimierung des Laserstrahi-Pulverbeschichtens sowie durch Einbringen eines Konzentrationsgradienten können die thermisch induzierten Zugeigenspannungen in der Beschichtung auf ein Minimum reduziert und rissfreie Beschichtungen erzeugt werden. Eine Gradierung der chemischen Zusammensetzung, d.h. eine quasi kontinuierliche Erhöhung des Hartstoffanteils entlang der mehrlagigen Beschichtung bei gleichzeitiger quasi kontinuierlicher Abnahme des Metallanteils, minimiert die Eigenspannungskonzentrationen am Grenzflächenbereich. Rissfreie, gradierte Nickelbasis-Chromkarbid-Verbundwerkstoffe mit einem Hartstoffanteil bis 70 vol% konnten erzeugt werden. Durch eine Anpassung der Prozessparameter sowie durch Wahl einer geeigneten Materialkombination können sowohl die mechanischen als auch die tribologischen Eigenschaften optimiert werden.
Aktualisiert: 2020-11-19
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Aktualisiert: 2018-07-12
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