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Werkstoffe, Werkstoffeigenschaften und Werkstoffanalytik

Für die chemische Grundausbildung hauptsächlich in den Studiengängen Werkstofftechnik und Umwelttechnik steht ein umfangreich ausgestattetes Chemielabor zur Verfügung.

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In diesem Laborbereich werden die Studenten mit Methoden der dynamischen Werkstoffprüfung, z. B. dem Kerbschlag-Biegeversuch und dem Wöhlerversuch vertraut gemacht.

Prüfsysteme

Für die Zähigkeitsprüfungen stehen Pendelschlagwerke mit unterschiedlicher Schlagarbeit (50 Joule und 300 Joule) sowie unterschiedlicher Probenanordnung (Charpy und Izod) zur Verfügung.
Für Dauerfestigkeitsuntersuchungen steht eine Resonanz - Biege - Schingungseinrichtung der Fa. Rumml zur Verfügung.
Ultraschall - Flachbettscanner mit Ultraschall - Prüfsystem der Fa. Dr. Hillger für Prüffrequenzen bis 30 MHz

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  • Leitung: Prof. Dr. Jürgen Merker
  • Mitarbeiter: Olaf Hesse

Für die Ausbildung in der Werkstoffgruppe Glas und Keramik stehen in diesem Labor Methoden zur Pulver- und Gemengeherstellung, zum Mischen, Homogenisieren, Sintern und Schmelzen zur Verfügung.

Öfen

  • Verschiedene Schmelz- und Sinteröfen bis 1700°C
  • Rohrofen mit Gasdosier- und Messeinrichtungen zum Arbeiten unter definierter Atmosphäre
  • Rohrofen vertikal

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An den Geräten in diesem Labor sollen die Studenten ihre Erfahrungen zur Festigkeitsmessung bei Raumtemperatur auf die besonderen Bedingungen bei extrem hohen Temperaturen anwenden. Hier wird besonders die enge Verknüpfung von Lehre und aktuellen Forschungsthemen (Platinwerkstoffe, Refraktärmetalle) deutlich gemacht.

Prüfsysteme

Die zur Verfügung stehenden Geräte für die Messung mechanischer Eigenschaften bei extrem hohen Temperaturen (bis 3000°C) sind international einmalig.
Ausgerüstet ist das Labor mit vier Anlagen für Zeitstandversuche und einer Probenkammer für Warmzugversuche.

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  • Leitung: Prof. Dr. Jürgen Merker
  • Mitarbeiter: Erik Hartmann, Torsten Schurig

In diesem Labor werden Versuche zur Korrosion sowie zur Beschichtung und Modifikation von technischen Oberflächen durchgeführt (z.B. Vernickeln, Verkupfern, Eloxieren).

Arbeitsplätze

Versuche zur Oberflächenkorrosion
Versuchsanordnung zum Eloxieren von Aluminium

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Leitung: Prof. Dr. Maik Kunert
Mitarbeiter: Erik Hartmann

Die Kenntnisse zu Verarbeitungsbedingungen von Kunststoffen sind Grundvoraussetzung für ihren gezielten und effektiven Einsatz. In diesem Labor werden den Studenten die rheologischen Eigenschaften von Kunststoffen, sowie die wesentlichen Verarbeitungsverfahren wie das Spritzgießen und Extrudieren nahegebracht.

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Leitung: Prof. Dr. Christian Kipfelsberger
Mitarbeiter: Ilona Goj

In diesem Labor werden den Studenten das Thermoformen und die Herstellung von Dünnschnitten und deren mikroskopische Betrachtung vermittelt.

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  • Leitung: Prof. Dr. Christian Kipfelsberger
  • Mitarbeiter: Ilona Goj

Im Labor besteht die Möglichkeit, das Ausdehnungsverhalten von Werkstoffen im Hochtemperaturbereich (bis 2000°C) zu untersuchen. Darüber hinaus verfügt das Labor über ein Kontaktwinkelmessgerät, welches zur oberflächenenergetischen Charakterisierung von Schichten und Bauteiloberflächen genutzt wird.

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  • Leitung: Prof. Dr. Jürgen Merker

In diesem Labor werden Versuche zur Charakterisierung von Schichten bzw. oberflächennahen Bereichen durchgeführt. Die Studierenden lernen dabei u.a. das Verfahren der registrierenden Härtemessung und das Kalottenschleifverfahren kennen.

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  • Leitung: Prof. Dr. Maik Kunert
  • Mitarbeiter: Erik Hartmann

Im Labor stehen verschiedene Methoden zur physikalischen Werkstoffdiagnostik zur Verfügung. Einen Schwerpunkt bildet die Analyse von elektrischen und thermischen Transporteigenschaften. Temperaturleitfähigkeit, elektrische Leitfähigkeit und der Seebeck-Koeffizient können in einem weiten Temperaturbereich gemessen werden. Die Studierenden können insbesondere Erfahrungen bei der Messung temperaturabhängiger Transportgrößen in Festkörpern sammeln.

Arbeitsplätze

  • Messplatz zur Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit und der Thermokraft in Abhängigkeit von der Temperatur (Eigenbau)
  • Messplatz zur Bestimmung der Temperaturleitfähigkeit in Abhängigkeit von der Temperatur (Linseis)
  • FTIR Spektrometer mit Zubehör für unterschiedliche Probenformen (Mattson)

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  • Leitung: Prof. Dr. Steffen Teichert
  • Mitarbeiter: Dr. Annett Rechtenbach

Die Rasterelektronenmikroskopie gehört heute zu den wichtigsten abbildenden Verfahren, um feinste Gefügestrukturen räumlich strukturierter Objekte sichtbar zu machen. Wegen der hohen erreichbaren Schärfentiefe über einen großen Vergrößerungsbereich eignet sie sich besonders zur Darstellung unebener Oberflächen. Durch die simultane Verfügbarkeit unterschiedlicher Signale lassen sich neben strukturellen und morphologischen Oberflächencharakterisierungen auch mikroanalytische Untersuchungen durchführen. 
Zur Abbildung stehen unterschiedliche Detektoren für Sekundärelektronen und rückgestreute Eektronen (Standard-Detektoren und Inlens-Detektoren) zur Verfügung. Darüber hinaus sind Abbildungen in Transmissionsgeometrie möglich (STEM-Detektor). Die durch Primärelektronen in der Probe angeregte charakteristische Röntgenstrahlung wird mit einem energiedispersiven Detektor aufgenommen (EDX) und ermöglicht damit die qualitative und quantitative Bestimmung der Elementzusammensetzung mit einer hohen Ortsauflösung. Mittels Elektronenrückstreubeugung (EBSD) können lokale kristallographische Informationen wie die Kristallstruktur und die Kristall-Orientierung ermittelt werden.   
In den Praktika zur Elektronenmikroskopie werden den Studierenden Grundlagen zu REM, EDX und EBSD vermittelt. Am Beispiel verschiedener Materialien wird die Breite der Einsatzgebiete der Rasterelektronenmikroskopie demonstriert.

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Das Rastersondenmikroskop (RSM) DIMENSION 3000 der Firma Digital Instruments / USA ist ein Gerät zur Messung der Eigenschaften von Oberflächen im atomaren Bereich, in dem verschiedene RSM-Techniken vereint sind. Allen Techniken gemeinsam ist, daß eine feine Spitze mit einem Radius von ca. 10 nm am Ende eines langen Auslegers (Cantilevers) rasterförmig über Bereiche der zu untersuchenden Oberfläche geführt wird. Auslenkungen des Cantilevers in z-Richtung werden durch Ablenkung eines von der Cantileveroberseite reflektierten Laserstrahls über eine Vier-Quadranten-Fotodiode registriert. Die dreidimensionale Darstellung der Oberfläche erhält man aus der gemessenen z-Auslenkung des Cantilevers als Funktion der x-y-Position der Rasterbewegung.

Ohne Zusatzeinrichtungen kann mit dem Dimension 3000 in folgenden Modi gearbeitet werden:

  • Contact Mode: die Sondenspitze berührt die Probenoberfläche und wird durch die interatomaren Abstoßungskräfte ausgelenkt. Die Kraft ist klein genug, um die Oberflächen nicht zu zerstören.
  • Non-Contact Mode: die Oberflächentopografie wird berührungslos durch Aufzeichnung der anziehenden van der Waals Kräfte zwischen Probenoberfläche und Sondenspitze erhalten.
  • TappingMode™: die Oberflächentopografie wird aus der Dämpfung der in Schwingungen versetzten Spitze beim Aufsetzen auf die Probenoberfläche gewonnenz-Auslenkung des Cantilevers als Funktion der x-y-Position der Rasterbewegung .

Auf Proben mit einem Durchmesser von 200 mm und 12 mm Höhe können interessierende Bereiche von max. 90 µm x 90 µm gescannt werden. Das Anfahren der zu untersuchenden Positionen erfolgt motorisiert mit einer Genauigkeit besser 5µm, womit ein gezieltes Wiederauffinden einmal untersuchter Bereiche möglich ist. Zur Vermeidung akustisch bedingter Artefakte ist es möglich, die Untersuchung unter einer speziellen Abdeckung durchzuführen. Ein umfangreiches Softwarepaket steht zur Steuerung, Datenaufnahme, Bilddarstellung, -analyse und -verarbeitung zur Verfügung.
Rasterkraftmikroskopie auf Oberflächen verschiedener Proben: Ohne Präparationsaufwand kann direkt auf "glatten" Oberflächen gescannt werden. Die maximal zulässigen Unebenheiten in z-Richtung dürfen 6µm nicht überschreiten. Auf Proben mit einem Durchmesser von 200 mm und 12 mm Höhe können interessierende Bereiche von max. 90 µm x 90 µm gescannt werden. Das Anfahren der zu untersuchenden Positionen erfolgt motorisiert mit einer Genauigkeit besser 5µm, womit ein gezieltes Wiederauffinden einmal untersuchter Bereiche möglich ist.

Ausstattung

  • Rastersondenmikroskop (RSM) DIMENSION 3000 der Firma Digital Instruments / USA

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  • Leitung: Prof. Dr. Harald Bergner
  • Mitarbeiter: Jürgen Bischoff

Die Röntgendiffraktometrie dient der Charakterisierung einer Reihe  struktureller Eigenschaften von kristallinen Proben. Die vorhandene Ausrüstung erlaubt die qualitative und quantitative Analyse des Phasenbestandes an Pulver-Proben sowie die Analyse von Texturen und Spannungen an Massivproben. Für spezielle Anforderungen können die vorhandenen Anlagen auf vielfältige Weise angepasst werden. So sind zum Beispiel Messungen an dünnen Schichten (GID, XRR) bzw. Analysen in Abhängigkeit von der Temperatur möglich. In den Praktika werden den Studierenden grundlegende Prinzipien der Röntgendiffraktometrie und die Anwendung zur qualitativen und quantitativen Phasenanalyse vermittelt.

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In diesem Laborbereich führen die Studenten Versuche zur Kristallisation von Schmelzen, thermischen Analyse, Rekristallisation und Wärmebehandlung von Stählen und NE-Metallen durch. Darüber hinaus werden Fertigkeiten bei der Durchführung von Härtemessungen vermittelt.

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  • Leitung: Prof. Dr. Jürgen Merker
  • Mitarbeiter: Olaf Hesse

In diesem Labor sind Geräte für die Untersuchung einer Vielzahl von Werkstoffeigenschaften untergebracht. Für die materialwissen-schaftliche Untersuchung von unterschiedlichsten Werkstoffgruppen stehen hier thermoanalytische Untersuchungsmethoden, Methoden zu Pulvergrößencharakterisierung und zur Charakterisierung magnetischer Eigenschaften zur Verfügung.

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  • Leitung: Prof. Dr. Jörg TöpferMitarbeiter: Erik Hartmann

In diesem Laborbereich werden bei den Studierenden grundlegende Fertigkeiten bei der Mikroskopie in Verbindung mit der Interpretation von Gefügen, der Mikrohärtemessung sowie der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung mittels Ultraschallverfahren ausgebildet.

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  • Leitung: Prof. Dr. Jürgen Merker
  • Mitarbeiter: Olaf Hesse

In diesem Laborbereich werden bei den Studenten grundlegende Fertigkeiten bei der Herstellung von Schliffen unterschiedlichster Materialien sowie die Grundlagen der Durchführung von Zugversuchen vermittelt.

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  • Leitung: Prof. Dr. Jürgen Merker
  • Mitarbeiter: Olaf Hesse