Universität Stuttgart
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Item Open Access Mikrostruktur und Kriechverhalten von Magnesium-Druckgusslegierungen im System Mg-Zn-Al-Ca(2002) Vogel, Michael; Arzt, Eduard (Prof. Dr.)Ziel dieser Arbeit war, ein besseres Verständnis über die grundlegenden Mechanismen der Kriechverformung von Mg-Druckgusslegierungen zu gewinnen. Dazu wurden systematische Untersuchungen zur Mirostruktur und zum Kriechverhalten einer nicht kommerziell erhältlichen Mg-Legierung mit 8 Gew.% Zink und 5 Gew.% Aluminium (ZA85) durchgeführt. Zusätzlich wurden zwei mit 0.3 und 0.9 Gew.% Calcium (ZACa8503 und ZACa8509) modifizierte Varianten dieser Legierung hergestellt und untersucht. Licht- und verschiedene elektronenmikroskopische Verfahren zeigen, dass die Legierungen ein zweiphasiges Gefüge besitzen. Neben den dendritischen Mg-Körnern, die in der Nähe der Korngrenzen stark übersättigte Seigerungszonen aufweisen, tritt auf den Korngrenzen eine intermetallische Phase mit quasikristalliner Kristallstruktur auf. In Folge einer thermischen Beanspruchung kommt es speziell in den Seigerungszonen zur Bildung von Ausscheidungen, die in Folge von Ostwald-Reifung kontinuierlich vergröbern. Neben Gefügeuntersuchungen standen Kriechversuche die an unterschiedlichen Gefügezuständen durchgeführt wurden im Vordergrund dieser Arbeit. Die Kriechbeständigkeit der ZA85 ist dabei größer als die konventioneller, aluminiumreicher AZ-Legierungen. Weiterhin konnte als Folge der Ca-Zugabe eine signifikante Steigerung der Kriechfestigkeit beobachtet werden. Die Korrelation der mikrostrukturellen Untersuchungen mit den Ergebnissen der Kriechversuche deutet darauf hin, dass die Hochtemperaturverformung durch Versetzungskriechen dominiert wird, welches wiederum von Ausscheidungs- und Alterungsvorgängen beeinflusst wird. Das Verhalten der ZA85 Basislegierung, sowie der Einfluss des Calciums lassen sich mittels eines Schwellspannungskonzeptes, das auf der Versetzungs-Teilchen-Wechselwirkung beruht, phänomenologische beschreiben. Die in dieser Arbeit gewonnen Erkenntnisse werfen einerseits ein neues Licht auf das Kriechverhalten von Mg-Legierungen und geben zum anderen Hinweise für zukünftige Legierungsentwicklungen.Item Open Access Relativistische Pseudopotentiale für Hauptgruppenelemente(2002) Metz, Bernhard; Stoll, Hermann (Prof. Dr.)Fuer die Elemente Ga - Se, In - I und Tl - At sowie Eka-Pb wurden energiekonsistente (large und/oder small core) zweikomponentige Pseudopotentiale an Multkonfigurations-Dirac-Fock-Allelektronenrechnungen justiert; fuer das Atomprogramm GRASP wurde dafuer ein effizienter Optimierungsalgorithmus entwickelt. Die Spin-free-state-shift Methode wurde in das zweikomponentige CI-Programm Columbus implementiert; sie erlaubt die Energien aus hochkorrelierten einkomponentigen Rechnungen in einem Spin-Bahn MRCI(S) durch Projektion zu verwenden. Atomare und einige molekulare Rechnungen an ausgewaehlten Halogeniden und Oxiden zeigen die Effizienz der Pseudopotentiale.Item Open Access Regioselektive elektrophile Substitution von Decaboran B10H14 : Darstellung und Reaktionsverhalten von B9Cl9 und H2B9Cl9(2002) Hein, Martin; Binder, Herbert (Prof. Dr.)Durch elektrophile Substitution unter Friedel-Crafts-Bedingungen werden die partiell chlorierten Decaborancluster Trichlorodecaboran, Tetrachlorodecaboran und Pentachlorodecaboran gebildet. Durch Einsatz verifizierter Halogenierungsmittel in Gegenwart von Aluminiumchlorid können somit gezielt regioselektive Mehrfachchlorierungen am Decaborancluster ohne Bildung von Produktgemischen durchgeführt werden. Durch partiellen Abbau des Decaboranclusters wird Nonachlorononaboran erhalten, welches einen closo-Cluster mit 18 Gerüstelektronen darstellt, der nicht den Wadeschen Regeln entspricht. Bei diesem Cluster bilden die Boratome wie auch bei den analogen Verbindungen Nonabromononaboran und Nonaiodononaboran ein dreifach überkapptes trigonales Prisma. Da es sich bei Nonachlorononaboran um ein starkes Oxidationsmittel handelt, lässt es sich mit Iodiden zum Nonachlorononaborat(1-)bzw. Nonachlorononaborat(2-)reduzieren. Führt man die chemische Reduktion mit gasförmigem Iodwasserstoff durch, so verläuft die Reaktion stufenweise über den neutralen paramagnetischen Cluster Monohydrononachlorononaboran zum diamagnetischen Cluster Dihydrononachlorononaboran, wobei es sich bei beiden Clustern um eine der ersten neutralen closo-Borane der Serien BnHn+1 und BnHn+2 mit n = 9 handelt.Item Open Access Untersuchungen zur Plastizität und Versetzungsanordnung von Strontiumtitanat(2002) Taeri-Baghbadorani, Shahram; Rühle, Manfred (Prof. Dr.)In der vorliegenden Arbeit wurden mittels dynamischer Druckversuche das plastische Verformungsverhalten von Strontiumtitanat-Einkristallen untersucht, deren Druckachse parallel zu folgenden kristallographischen Richtungen lag: <001>, <011>, <112> und <345>. Die Proben mit <001>-Druckachse wurden im Temperaturbereich zwischen 78K und 1810K verformt und die mit den anderen o.g. Orientierungen zwischen RT und 1810K. Die Dehngeschwindigkeit von 10-4 s-1 wurde bei Grundgeschwindigkeit für alle Verformungen angewandt. Bei genügend hohen Temperaturen lassen sich die STO-Einkristalle plastisch verformen, wie es i.A. bei Keramiken der Fall ist. Mit Abnahme der Verformungstemperatur setzt innerhalb eines relativ engen Temperaturintervalls (etwa 50K) sprödes Verhalten ein. Das spröde Verhalten geht allerdings bei tieferen Verformungstemperaturen für alle untersuchten Orientierungen erneut in ein duktiles über. Aus den „wahren Spannungs-Dehnungs-Diagrammen“ ließ sich die kritische Fließspannung σc und die Bruchspannung σBr bestimmen. Im folgenden werden die wichtigen Ergebnisse dieses temperaturabhängigen Verformungsverhaltens zusammengefaßt. 1. Bereich A - duktil (T<1000K): Der Bereich A umfaßt die Temperaturen von 78K bzw. RT bis etwa 1000K. Unterhalb RT nimmt die kritische Schubspannung mit sinkender Temperatur zu. Dagegen wurde etwa oberhalb RT bis nahezu zum Ende des Bereiches A keine Temperaturabhängigkeit für die kritische Schubspannung gefunden. Der Betrag der plastischen Dehnung hängt im Bereich A von der Probenorientierung und der Verformungstemperatur, aber nicht von der Dehngeschwindigkeit ab. Beispielsweise lassen sich die <001>-Proben bei RT bis 7% plastisch verformen, bevor sich durch Bildung vieler kleiner Risse das Versagen der Probe ankündigte. Im Gegensatz dazu lassen sich die untersuchten Proben anderer Orientierungen bei RT nur um weniger als 2% plastisch verformen. Die Untersuchungen ergaben, daß sich die <001>-Proben am stärksten plastisch verformen lassen. Die plastische Verformbarkeit nimmt mit steigender Temperatur ab (z.B. maximale plastische Dehnung von <001>-Proben bei 78K ist etwa 9%, bei 950K nur noch weniger als 2%). Das primäre Gleitsystem im Bereich A ist <011>{ }. Die Versetzungsgleitung ist allerdings sehr inhomogen, es bilden sich relativ hohe Gleitstufen auf den Seitenflächen der Druckproben aus. Die inneren Spannungsfelder zwischen den {011}-Gleitebenen sind in <001>-Proben selbst mit bloßem Auge sichtbar. Für die leichte Gleitfähigkeit der <011>-Versetzungen, deren große Beweglichkeit der Grund für die Plastizität im Bereich A ist, sprechen die relativ niedrigen Schubspannungen. Bereich B - spröde (für <001>-Druckachse: 1000K-Proben mit bei etwa 1500K und für die anderen untersuchten Druckachsen bei etwa 1250K. STO ist im Bereich B stets spröde. Die Proben brechen hier bereits noch im elastischen Teil der Verformung. Die Bruchspannung nimmt erstaunlicherweise mit steigender Temperatur zu. Die beim Bruch entstehenden Stücke sind umso kleiner, je höher die Temperatur bzw. die Bruchspannung ist. 2. Bereich C - duktil (für <001>-Druckachse: T>1500K; für weitere Druckachsen: T>1250K): Der Bereich C beginnt für die <001>-Proben bei etwa 1500K, für alle anderen Proben bei ungefähr 1250K. Ein weiterer markanter Unterschied zwischen den <001>-Proben und den Proben mit anderen Orientierungen besteht darin, daß die kritische Schubspannung bei <001>-Proben extrem höher ist als die bei anderen Proben. Der Grund für die o.g. Unterschiede ist, daß im Bereich C ein anderes Gleitsystem bei den <011>-, <112>- und <345>-Proben tätig wird, nämlich das mit der <001>-Gleitrichtung. Die <001>-Versetzungen haben oberhalb etwa 1250K geringere Peierls-Barriere als die <011>-Versetzungen und daher gleiten sie schon durch eine geringere thermische Aktivierung bei niedrigeren Spannungen. Die <001>-Versetzungen können in den <001>-Proben nicht gleiten, da für diese Konfiguration der entsprechende Schmidfaktor gleich Null ist. Für die <001>-Proben ist immer noch <011>{ } das primäre Gleitsystem. Diese Beoachtung kann durch die bisher bekannten Mechanismen der Versetzungsbewegung und -wechselwirkung mit anderen Versetzungen und/oder mit Gitterdefekten in Einkristallen interpretiert werden. Die allmähliche Abnahme der Mobilität der <011>-Versetzungen mit steigender Temperatur im Bereich A, ist die Ursache für den duktil-spröden Übergang der Strontiumtitanat-Einkristalle. Die Mobilitätsabnahme kann durch die bei hohen Temperaturen ablaufenden Umwandlungsprozesse des <011>-Versetzungskerns begründet werden.Item Open Access Thermochemistry and constitution of precursor-derived Si-(B-)C-N ceramics(2002) Peng, Jianqiang; Aldinger, Fritz (Prof. Dr.)In the present work the phase equilibria and phase reactions of Si-C-N and Si-B-C-N precursor-derived ceramics were studied by means of the CALPHAD method combined with experimental studies: e. g. DTA/TG, XRD, HRTEM and SEM. Thermodynamic calculations of different types of phase diagrams, phase fraction diagrams and phase composition diagrams in regard to the reaction behavior of Si-C-N and Si-B-C-N ceramics were carried out using software such as THERMO-CALC. Consistent Scheil's reaction schemes for the systems Si-C-N and Si-B-C-N are presented. The thermal degradation of precursor-derived Si-C-N ceramics has been characterized quantitatively by taking into account the endothermic phase reactions Si3N4+3C = 3SiC+2N2 and Si3N4 = 3Si+2N2. Because of the first reaction the thermal stability of the Si-C-N ceramics is limited to about 1550°C. The results of the thermodynamic calculations are in good agreement with the experimental results and describe very well quantitatively the high temperature behavior of the ceramics. The incorporation of boron in Si-C-N ceramics can increase the thermal stability up to 2000°C. Both effects, i. e. (1) decreased carbon activity and (2) encapsulation effect cause the high temperature stability of Si-B-C-N ceramics. A model for the phase formation was developed which can describe qualitatively the dependence of thermal stability on material composition. The thermal expansion behavior and the thermal diffusivity of some precursor-derived amorphous Si-C-N and Si-B-C-N ceramics were studied applying differential dilatometry and the laser flash method, respectively. No glass transition was detected for these amorphous ceramic materials. The thermal expansion coefficients of these ceramics are comparable with those of crystallized Si3N4. The thermal conductivities of these ceramics are much lower than those of crystallized Si3N4 and SiC. In addition, phase reactions of polymer-precursors of the system Si-C-N-H and resulting compositions were also calculated by the CALPHAD method.Item Open Access Untersuchungen zur Autophagocytose in der Hefe Saccharomyces cerevisiae : Proteinwechselwirkungen, Klonierung und Charakterisierung des SAI1-Gens(2002) Bernreuther, Daniela; Thumm, Michael (Priv.-Doz. Dr.)Protein-Protein Wechselwirkungen sind für die Kontrolle vieler zellulärer Mechanismem von zentraler Bedeutung. Die Regulation der Autophagocytose, bei der Zellmaterial unspezifisch abgebaut wird, ist für das Überleben der Zelle unter Hungerbedingungen essentiell. Aut2p, Aut7p und Aut9p sind für die Bildung von Autophagosomen notwendig und wurden daher Protein-Protein Interaktionsstudien unterzogen. Die Cystein-Protease Aut2p interagiert mit dem Aut9p, Aut1p und Aut7p. Für die Interaktion mit dem Aut1p wird nur der C-Terminus, für die Interaktion mit dem Aut7p der N-Terminus benötigt. Das überexprimierte LB-Aut7p, ein Aut7p Homolog aus Laccaria bicolor, kann Autophagocytose Phänotypen einer aut7-Nullmutante komplementieren. Das hungerinduzierte Sai1p, welches in einem Two-Hybrid Screen mit Aut9p detektiert wurde, interagiert wie dieses auch mit Aut1p und Aut7p. Das C- und N-terminal getaggte Protein ist im Cytosol und dort vor allem an einem vesikulären Kompartment lokalisiert. Das Syntaxin-Homolog Vam3p, welches an der Fusion von Vesikeln mit der Vakuole beteiligt ist, interagiert mit dem nichtessentiellen alpha-Tubulin Tub3p.Item Open Access Die martensitische Phasenumwandlung in dünnen Kobaltschichten(2002) Hesemann, Heiko Thorsten; Arzt, Eduard (Prof. Dr.)In der Mikrosystemtechnik werden dünne Schichten aus Formgedächtnislegierungen in Mikroaktuatoren verwendet. Der Formgedächtniseffekt basiert auf einer martensitischen Phasenumwandlung. Jedoch unterscheidet sich das Materialverhalten in dünnen Schichten aufgrund der geometrischen Einschränkung von dem in Massivmaterial. Insbesondere zeigen dünne Metallschichten hohe Spannungen, die eine martensitische Umwandlung maßgeblich beeinflussen. Der Größeneffekt auf die Umwandlungen ist nicht vollständig geklärt. Daher wurde in dieser Arbeit die martensitische kfz-hdp Phasenumwandlung in 0,2 bis 3µm dicken polykristallinen Co-Schichten auf Si-Substraten untersucht. Die Schichtspannung wurde mit einer Substratkrümmungsmessmethode als Funktion der Temperatur gemessen. Während der Temperaturzyklen verursachte die martensitische Umwandlung beim Abkühlen eine Spannungsreduzierung. Gleichzeitig verschob sich der Beginn der Umwandlung durch eine höhere Zugspannung zu tieferen Temperaturen um 0,5 K/MPa. Dieses erstmals beobachtete Verhalten, das zwei gegenläufige Einflüsse der Schichtspannung belegt, widerspricht thermodynamischen Betrachtungen. Die dabei zu berücksichtigende Textur wurde mittels Cu-Röntgenstrahlung bestimmt. Darüber hinaus wurde bei in-situ Experimenten mit Synchrotron-Röntgenstrahlung eine vom Neigungswinkel der Gleitebenen der SPV zur Schichtoberfläche abhängige Behinderung der Umwandlung gefunden. Diese Umwandlung beruht auf der Bewegung von Shockley-Partialversetzungen (SPV). Ein im Rahmen dieser Arbeit vorgestelltes Keimbildungsmodell beruht darauf, dass Martensitplatten aus SPV mit sich zu Null addierenden Burgersvektoren bestehen. Diese SPV bewegen sich zu Beginn der Umwandlung einzeln von einer Keimstelle ins Korninnere. Das Übertragen dieses Modells auf die dünnen Co-Schichten führt zu einer guten Übereinstimmung mit den experimentellen Befunden.Item Open Access Theoretische Untersuchung von Spin-Bahn-Effekten in der Spektroskopie und Dynamik angeregter Zustaende von Kohlenstoffdisulfid CS2 und Iodcyan ICN(2002) Schweizer, Marcus; Werner, Hans-Jürgen (Prof. Dr.)Energie-, Spin-Bahn- und Uebergangsdipolmomentflaechen wurden fuer CS2 und ICN mit grossen, vqz-artigen Basissaetzen berechnet, wobei die MRCI Methode zum Einsatz kam. Die Flaechen wurden analytisch angepasst, wobei entweder eine Polynomexpansion oder eine Splineinterpolation nach Akima verwendet wurde. Diverse Programme wurden dafuer geschrieben. Das UV-VIS Spektrum von CS2 wurde variationell berechnet. Fuer Iod-Pseudopotentiale wurden Basissatzoptimierungen durchgefuehrt.Item Open Access Liquid phase sintering of SiC ceramics with rare earth sesquioxides(2002) Biswas, Koushik; Aldinger Fritz (Prof. Dr. rer. nat.)The objective of this work is to develop SiC ceramics using high refractory sintering additives which posses good high temperature as well as room temperature properties. Silicon carbide ceramics were produced by pressureless sintering of a mixture of alpha- and beta-SiC powders along with different combinations of rare earth sesquioxides and aluminium nitride as sintering additives. In order to understand the densification behaviour, the green bodies were sintered in Ar or N2 atmosphere in the temperature range of 1850 to 2150°C. The high temperature bending strength was measured under 4-point bending in temperatures between 1200 to 1500°C in air. 4-point bending creep rate measurements of liquid phase sintered SiC were also performed in air at temperatures ranging from 1200 to 1500°C with different applied stress levels varying from 50 MPa to 300 MPa. Compliance tests were carried out under a transient load of 100 MPa with a cross head speed of 0.1 mm/s in the temperatures between 850 and 1450°C at intervals of 150°C. Oxidation resistance was measured at different temperatures varying from 1200 to 1500°C in air. The microstructural development was analysed with the help of scanning electron microscope and transmission electron microscope. The correlation between microstructure and thermomechanical properties of LPS-SiC are discussed.Item Open Access Microstructure and chemistry of grain-boundary films and triple-junction phases in liquid-phase sintered SiC ceramics(2002) Ye, Haihui; Aldinger, Fritz (Prof. Dr.)Eine eingehende Charakterisierung des Gefüges der Materialien und der chemischen Zusammensetzung der intergranularen Phasen, vor allem der Korngrenzenfilme und Tripelpunkte, ist entscheidend für das Verständnis des Sinterverhaltens und damit auch für die Optimierung der mechanischen Eigenschaften. Mit dieser Zielsetzung wurden drei Arten flüssigphasengesinterter SiC-Materialien präpariert und untersucht, nämlich erstens ein Modellsystem der Zusammensetzung SiC-SiO2, zweitens ein Modellsystem auf der Basis eines groben SiC-Pulvers (Teilchengröße 32-160 µm) mit Y2O3- und AlN-Sinteradditiven, und drittens ein technisch relevanter Werkstoff, der ebenfalls ein Y2O3-AlN-Additiv beinhaltet, dabei aber eine feinkörnige Teilchengrößenverteilung im sub-µm-Bereich besitzt. Zur Charakterisierung der Mikrostruktur wurden SEM-, TEM- und HRTEM-Untersuchungen eingesetzt, während zur Quantifizierung der chemischen Zusammensetzung der Materialien XRD-, EDS-, WDS- und EELS-Analysen durchgeführt wurden. Die Verteilung und Kristallisation der intergranularen Phasen wurde mit einer räumlichen Auflösung im Nanometerbereich analysiert. Durch Vergleich dieser experimentellen Ergebnisse mit theoretischen Rechnungen im Rahmen des Clarke-Modells gelingt es, die Stabilität der Korngrenzenfilme in den SiC-basierten Materialien zu begründen. Insbesondere wird die Bedeutung des Stickstoff- und Kohlenstoffeintrages in die intergranularen Phasen diskutiert.