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Projektgruppe 1 - Forschungsgebiete

P1: Entwicklung und Analyse von Werkstoffen

P1.1 Graphen-Nano-Komposite für den Leichtbau

Graphen ist das zweidimensionale Allotrop des Kohlenstoffs und kann als Monolage  der hexagonalen Kristallstruktur von Graphit angesehen werden. Für den Nachweis und die Charakterisierung von Graphen wurde 2010 der Nobelpreis verliehen. Graphen verfügt über eine geringe Dichte (2260 kg∙m-3) bei gleichzeitig über hervorragenden Eigenschaften. So wurden Eigenschaften wie z.B. eine Leitfähigkeit von 0,96∙106 Ω-1∙m-1, ein E-Modul von 1,02 TPa und eine Transparenz von 97 % ermittelt. Trotz dieser hervorragenden Eigenschaften, und der geringen Dichte eignet sich Graphen hervorragend für Komposite im Leichtbau. Aufgrund der außerordentlichen Eigenschaften und der geringen Dichte, verfügt Graphen über das Potential für zukünftige leichte Hochleistungskomposite. Um eine Integration in andere Materialien zu gewährleisten, muss Graphen zunächst chemisch funktionalisiert werden. Im Rahmen des Projektes wird zunächst die Funktionalisierung und Organisation auf nanopartikulärer Ebene realisiert. Zudem wird die Herstellung, Funktionalisierung und Organisation der Graphen-Nanopartikel durch moderne Analysemethoden wie AFM, REM und TEM aufgeklärt werden. Im Anschluss, werden die funktionalisierten Graphen-Nanopartikel in ein Polymer eingebaut und die Eigenschaften des neuartigen Komposites charakterisiert

Projektleiter: Prof. Dr. Bremser

P1.2 Interface engineering and analysis of materials for advanced composite properties

The performance of composite materials relies on the stability of the interfaces formed between the nano-fillers and the matrix material. Moreover, composite materials are becoming increasingly important in complex structural components utilized in the automotive and aerospace industries. The interface design plays a major role for the correlated composite materials performance. The stability and corrosion resistance of composite materials, as well as the elementary processes leading to component failure shall be investigated in the frame of this thesis. Advanced spectrosopic, microscopic and electrochemical methods will be utilized for interface and nanostructure analysis. Mainly the interface chemistry and corrosion processes of molecularly modified and nanostructured advanced materials will be in the focus of this project.  

Projektleiter: Prof. Dr. Grundmeier

P1.3 Charakterisierung von Grenzflächen und Grenzflächenschichten in Hybridmaterialien mittels Transmissionselektronenmikroskopie an FIB-präparierten Proben

Die Materialeigenschaften von Hybridmaterialien werden weitgehend bestimmt von den physiko-chemischen und morphologischen Eigenschaften der Grenzflächen zwischen den beteiligten Phasen. Analytische Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) ermöglicht es, solche Grenzflächen mit atomarer Auflösung zu charakterisieren, vorausgesetzt dass es gelingt, die Proben an der richtigen Stelle und in geeigneter Geometrie bis zur Elektronentransparenz zu dünnen. Solch eine Dünnungsprozedur ist notorisch schwierig in Hybridmaterialien, da die Materialien auf beiden Seiten der Grenzfläche stark unterschiediche physikalische und chemische Eigenschaften haben. Dies macht ein gleichmäßiges Dünnen kompliziert, insbesondere da die atomare Struktur und chemische Zusammensetzung auf beiden Seiten der Grenzläche im verbleibenden Material unverändert bleiben muss. Neue FIB (focused ion beam) Techniken könnten diese schwierige Aufgabe lösen und sollen daher in diesem Projekt untersucht werden. Ziel ist es, ein Spektrum an TEM-Präparationstechniken für Hybridmaterialien und Fasern zu entwickeln, das die Möglichkeiten neuer FIB-Maschinen mit reduzierten Ionenmassen ausnutzt. In Kombination mit den deutlich verbesserten analytischen Möglichkeiten fortschrittlicher Niederspannungs-TEMs wird dies zu einem besseren Verständnis der Eigenschaften von Hybridmaterialien beitragen.

Projektleiter: Prof. Dr. Lindner

P1.4 Heat treatment of high strength steels for the production of hybrid metal structures with tapered properties and its microstructural characterization

Die Anwendung hochfester Werkstoffe in der Automobilindustrie ist ein Haupttrend für die Abnahme des Karosseriegewichts bei gleichzeitiger Zunahme der Energieeffizienz und Gewährleistung eines hohen Niveaus der Haltbarkeit von Bauteilen. Die Produktion von hochfesten Elementen soll auch wirtschaftlich sein z. B. hinsichtlich der Herstellungskosten. Heutzutage sind die presshärtenden Stähle weitverbreitet für die Erzeugung crashrelevanter Bauteile der Karosserie. Diese Stahlgruppe erfüllt die Anforderungen an die Festigkeitseigenschaften der hochfesten Werkstoffe. Jedoch wird die weitere Anwendung dieser Stähle aufgrund des niedrigen Niveaus der Materialduktilität und ‑zähigkeit im gehärteten martensitischen Zustand begrenzt. Das Gefüge des Martensits beschränkt stark das Formgebungsvermögen des Werkstoffes und die Energieaufnahme bei einer schlagartigen Belastung. Aus diesem Grund ist die Auslegung einer integrierten Wärmebehandlungs- und Warmumformungstechnologie notwendig, die eine Einstellung von gradierten hybriden Mikrostrukturen im Endprodukt ermöglicht. Der presshärtende Stahl mit einem solchen Gefüge soll sowohl ein erhöhtes Niveau der Duktilität als auch höhere Festigkeitseigenschaften aufweisen.

Projektleiter: Prof. Dr. Schaper

P1.5 Materialentwicklung von Kunststoffen für strangbasierte 3D-Druckverfahren

Strangbasierte 3D-Druckverfahren gehören zu den meist verwendeten additive Fertigungstechniken. Im Prinzip sollte nahezu jeder Thermoplast für diesen Fertigungsprozess geeignet sein, jedoch sind auf dem freien Markt nur sehr wenige Materialien erhältlich. In dieser Arbeit sollen die Anforderungen für Material und Prozess analysiert und untersucht werden. Es sollen kundenspezifische Monofilamente compoundiert werden, die für strangbasierte 3D-Druckverfahren eingesetzt werden können. Ziel ist es ein methodisches Vorgehen zur Materialentwicklung für den genannten Prozess zu entwickeln.

Projektleiter: Prof. Dr. Schöppner

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