Projekt Prozessingenieurwissenschaften (PIW ... · Pomelo Die Früchte überstehen Aufprälle aus Fallhöhen von bis zu 10 m auf hartem Betonboden ohne dabei aufzureißen. => dissipierte

Projekt Prozessingenieurwissenschaften (PIW) –InstitutsvorstellungPaul Schüler | Fachgebiet Werkstofftechnik (Prof. Claudia Fleck)Oliver Görke | Fachgebiet Keramische Werkstoffe (Prof. Aleksander Gurlo)

Fakultät III - ProzesswissenschaftenInstitut für Werkstoffwissenschaften und -technologienInstitutsvorstellung Erstsemesterprojekt Prozessingenieurwissenschaften (PIW)

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Werkstoffe sind überall!

Fakultät III - ProzesswissenschaftenInstitut für Werkstoffwissenschaften und -technologien

Geschichte

Seite 3Institutsvorstellung Erstsemesterprojekt Prozessingenieurwissenschaften (PIW)


Werkstoffe im Elektronenmikroskop



Institut für Werkstoffwissenschaften und -technologien


WerkstofftechnikProf. C. Fleck

Polymere WerkstoffeProf. M.H. Wagner

Metallische Werkstoffe Prof. W. ReimersForschungszentrum Strangpressen Dr. S. Müller

Struktur & EigenschaftenProf. J. Banhart

Keramische WerkstoffeProf. A. Gurlo



Ernst-Reuter-Platz 110587 Berlin

Metallische Werkstoffe (Prof. Walter Reimers)



MikrostrukturelleCharakterisierung

(Versetzungen, Korngröße, Textur, Eigenspannungen)

- Elektronenmikroskopie (REM, TEM)- Röntgenbeugung

- Synchrotronstrahlung

Werkstoffprüfung

- Mechanische Werkstoffkennwerte (statische, dynamische Prüfung)

- Gleeble (Hochgeschwindigkeits-umformung, extreme Aufheiz- und

Abkühlraten)

ForschungszentrumStrangpressen

- definierte Herstellung von Werkstoffen und Halbzeugen

- Simulation des Strangpressprozesses und der Gefügeentwicklung





Forschungszentrum Strangpressen

- definierte Herstellung von Proben und Halbzeugen

- Verfahrensentwicklung- Simulation

8 MN direktes/ indirektes Pressen7 MN für hydrostatisches Pressen

direktes Strangpressen Werkstoffe: Leicht-, Schwermetalle, Verbunde




Analyse:

Gefüge

MechanischeEigenschaften

Projekt „Blechherstellung durch Strangpressen“

Herstellung

RichtenÖffnen & AufbiegenStrangpressen


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Struktur & Eigenschaften (Prof. John Banhart)

KPK-Gebäude (hinter EW-Gebäude)Hardenbergstr. 36

10623 Berlin

Institutsvorstellung Erstsemesterprojekt Prozessingenieurwissenschaften (PIW)


Struktur & Eigenschaften (Prof. John Banhart)




Hardenbergstraße 4010623 Berlin

Keramische Werkstoffe (Prof. Aleksander Gurlo)




Al-Folie

Kathode(LiFePO4,Arrojadit,…)

Li+

Li+

Li+

Li+

Li+

Li+

Li+

Li+

+ Binder+ Graphit

Cu-Folie

Anode(Graphit, Li-Blech,…)

Separator

Elektrolyt

+

+

Lade

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Neue Materialkonzepte für Li-Ionen Batterien

Zelluläre Materialien/Keramische Schäume

und Untersuchungen zum Alterungsverhalten 1 mm



Institutsvorstellung Erstsemesterprojekt Prozessingenieurwissenschaften (PIW)Seite 14

COATING

HEATED AIR

NOZZLE

CATALYSTSUPPORT

COATING

HEATED AIR

NOZZLE

CATALYSTSUPPORT

COATING

HEATED AIR

NOZZLE

CATALYSTSUPPORT

COATING

HEATED AIR

NOZZLE

CATALYSTSUPPORT

annealing

UniCat: Katalytisch aktive Materialsysteme/Schichten

2d/3d-strukturierte Materialverbünde aus präkeramischen Polymeren

Keramiken und Bioaktive Gläser in der Medizintechnik

Funktionsmaterialien:Gas Sensoren, Thermoelektrika, …

InMnO3

C/SiOC

30 mm

200 µm

CMC-Rohr



Fasanenstr. 9010623 Berlin

Polymere Werkstoffe (Prof. Manfred Wagner)




Technikum




Recycling:Modell zum Kunststoff-recycling über Lösen

Kunststoffverarbeitung:Shark-Skin-Unterdrückung beim Folien-blasen durch Einsatz von Verarbeitungs-mitteln

Medizintechnik:Mikrostrukturierung polymerer Stents

Projektbeispiele



Strasse des 17. Juni 13510623 Berlin

Werkstofftechnik (Prof. Claudia Fleck)



Werkstofftechnik (Prof. Claudia Fleck)Mikroskopisch:

Lichtmikroskopie Elektronenmikroskopie

Energiedispersive RöntgenanalyseSynchrotron (Bessy Messzeit)

Speckle Interferometrie

Mechanisch:

Statische WerkstoffprüfungErmüdung (zyklisch)

Korrosionsmessungen:

Elektrochemische Polarisation und Impedanz

Kombination:

Mech. Verformung in situ im REMMech. Verformung in situ im CT (Bessy)

Mech. Verformung in situ im Speckle Interferometer

Kombination:

Schwingungsrisskorrosion: Korrosion und Ermüdung



Werkstofftechnik (Prof. Claudia Fleck) Biologische Materialien:Hierarchische Strukturen von

Nüssen und Dentin

Leichtmetalle:Magnesium - und Titanlegierungen

Korrelation von Gefüge und Werkstoff-

eigenschaften Analyse derWerkstoffeigenschaften

Bioinspirierte Materialien:Offenzellige

Metallschäume und Zirkonoxidkeramiken



Forschungsbeispiel Bionik am FG Werkstofftechnik

Pomelo

Die Früchte überstehen Aufprälle aus Fallhöhen von bis zu 10 m auf hartem Betonboden ohne dabei aufzureißen.

=> dissipierte Energie von über 90%

Gewicht: 1 - 2 kgFallhöhe: 5 - 10 m

Aufprallgeschwindigkeit: 14 m/sec max. kinetische Energie: 196 – 392 J



Bionik am FG Werkstofftechnik• Die meisten Landpflanzen und deren Bestandteile

bestehen i. A. nur aus 5 Bausteinen: Zellulosefasern, Lignin, Hemizellulose, Pektine und Wasser

• Dennoch hohes Eigenschaftsspektrum von sehr weich (Radiergummi) bis zur sehr hart und fest (vergleichbar mit Keramiken, Metallen)

• Eigenschaften sind vor allem im hierarchisch organiserten Aufbau begründet



Bionik am FG WerkstofftechnikZiel: Umsetzung bzw. Transfer der natürlichen Struktur in eine synthetische Metallschaumstruktur

ModifiziertesFeinguss-Verfahren

Pomeloschale



Bionik am FG WerkstofftechnikStrukturelle und mechanische Charakterisierung der biologischen Strukturen und der bio-inspirierten Metallschaum-Verbundstrukturen mit Fokus auf das Verformungs- und Versagensverhalten (Struktur-Eigenschafts-Zusammenhang)

in-situ Druckversuch (makroskopisch)

10ppi open cell foamAlSi7Mg0.5relative density: 2.01 %

in-situ Druckversuch (mikroskopisch)

20ppi open cell foamAlSi7Mg0.5relative density: 1.96 %



PIW Projektedes Instituts für Werkstoffwissenschaften und -technologien

WerkstofftechnikProf. C. Fleck

Mechanische Tests an BambusMechanische Test an Baumpilzen

29a29b

Polymere WerkstoffeProf. M.H. Wagner

Aus welchen Basiswerkstoff bestehen die viel verwendeten Plastikeinkaufstüten?31

Metallische WerkstoffeProf. W. Reimers

Münzherstellung und -prüfung28

Struktur & EigenschaftenProf. J. Banhart

Zerstörungsfreie Untersuchung von Metallschäumen30

Keramische WerkstoffeProf. A. Gurlo

Porzellanherstellung / Schlickerguss27


Porzellanherstellung

Institutsvorstellung Erstsemesterprojekt Prozessingenieurwissenschaften (PIW)Seite 26

Motivation und Aufgabe :

• Schlickerguss ist ein gängiges Herstellungsverfahren im Bereich der Silikatkeramik• Lernen Sie die Herstellungsschritte der Porzellanherstellung kennen• Besichtigung der Königlichen Porzellanmanufaktur (KPM)• Arbeits- und Bearbeitungsschritte an diesem klassischen keramischen Werkstoff führen sie selbst durch• Sie erfahren wissenswertes und interessantes zu den physikalisch-chemischen Hintergründen der einzelnen

Herstellungsschritte (von der Rohstoffaufbereitung bis zur Glasur)• Die hergestellten Teile können von ihnen später mitgenommen werden

27



Münzherstellung und Prüfung28

Aufgabe :• Münzherstellung vom Rohling zur Münze• Umformen und Prägen• Wärmebehandlung• Optische und mikrostrukturelle Untersuchung, Härtemessung und Prüfung

der Fälschungssicherheit von Münzen



Härten von Bambus29a

Aufgabe :• Präparation von Biegeproben• Zerstörungsfreie

mechanische Prüfungen• Proben werden im Ofen

gehärtet• Zerstörungsfreie mechanisch

Tests nach dem Härten• Elektronenmikroskopische

und optische Analyse



29b

http://www.arboristik.de/2010/roehrenschicht/bild_1.htm

Untersuchung der mechanischen Eigenschaften der Struktur eines Baumpilzes

20 µm 5 µm 1 µm

1 mm

Hutfleisch(Trama)

Aufgabe :• Präparation der Proben• Druck- und Zugversuche• optische und elektronenmikroskopische Analyse


Zerstörungsfreie Untersuchung von Metallschäumen

Präsentationstitel Blindtext Lorem ipsum dolores | M. Mustermann | Anlass der PräsentationSeite 30

30

Motivation :Materialverständnis und Verbesserung der zellularen Struktur durch 2D und 3D Visualisierung

Aufgabe :• Herstellung von Metallschäumen• In-situ Röntgenradioskopie• Ex-situ Röntgentomographie• Quantitative Bildanalyse



31

Motivation und Aufgabe :

• Welche unterschiedlichen Anforderungen werden an Kunststofftüten gestellt?• Wie werden Kunststofftüten hergestellt?• Wie können sie wiederverwendet oder recycelt werden?• Wie sehen die Alternativen aus biobasierten Werkstoffen aus?

Aus welchen Basiswerkstoff bestehen die viel verwendeten Plastikeinkaufstüten?



Vielen Dank!

Und viel Erfolg in und bei Euren Projekten!

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