Ausgangslage
Die Analyse der Ober- und Grenzflächen ist essentieller Bestandteil der Forschung dieses SFBs. Eine Vielzahl von Fertigungsverfahren wird wesentlich durch die Beschaffenheit der Ober- und Grenzflächen der gefertigten Materialien bzw. Werkstoffe sowie der an den Ober- und Grenzflächen ablaufenden Prozesse und Mechanismen beeinflusst. Allen voran sind hier die chemische Zusammensetzung und die mikrostrukturelle Beschaffenheit sowie chemisch-physikalische Prozesse wie die Oxidation, die Desoxidation und die Interdiffusion zu nennen. Die relevanten Informationstiefen erstrecken sich hierbei von wenigen Nanometern bis hin zu einigen Mikrometern, sodass je nach Fragestellung verschiedene Verfahren aus dem Bereich der Oberflächen- und der Materialanalytik eingesetzt werden müssen.
Die Zentrale Analytik übernimmt die Planung, Durchführung und Auswertung der Messungen, stellt die gewonnenen Ergebnisse in geeigneter Weise den beauftragenden Teilprojekten bereit und trägt somit zum Erkenntnisgewinn bei. Ferner unterstützt das Teilprojekt S01 die andern Teilprojekte im Zuge von Veröffentlichungen bei der Aufbereitung und Interpretation von Messergebnissen. Bei Bedarf organisiert die Zentrale Analytik darüber hinaus einen XHV-adäquaten Probentransport zur Analytik. Hierfür wird das in der ersten Förderperiode entwickelte Probentransfersystem eingesetzt.
Ziele
n der ersten Förderperiode wurden die verschiedenen Analysemethoden und -techniken erfolgreich im Rahmen verschiedener Auftragsanalysen eingesetzt. Hierbei konnte die Zentrale Analytik wichtige Unterstützung bei der Aufklärung verschiedener ober- und grenzflächenrelevanter Fragestellungen leisten. In der zweiten Förderperiode werden die Auftragsanalysen aufbauend auf den entwickelten Techniken und den gesammelten Erfahrungen fortgeführt. Neben den geplanten Auftragsanalysen wird sich das Teilprojekt S01 zusätzlich mit eigenen Forschungsarbeiten zum Thema Wechselwirkung von Silan mit Wasser beschäftigen. Insbesondere werden Untersuchungen zur plasmaunterstützten Reaktion von Silan mit Wasser durchgeführt. Die Forschungsarbeiten beziehen sich hierbei auf gewonnene Erkenntnisse aus der ersten Förderperiode. Hier konnte mittels massenspektroskopischer Untersuchungen der Nachweis erbracht werden, dass, entgegen dem bisherigen Kenntnisstand, bei Raumtemperatur kein signifikanter Umsatz zwischen Silan und Wasser stattfindet. Erst bei erhöhter Temperatur (> 500 °C) lässt sich ein entsprechender Reaktionsumsatz beobachten.
Die bisher gewonnenen Erkenntnisse lassen den Schluss zu, dass die Reaktion zwischen Silan und Wasser bei Raumtemperatur kinetisch stark gehemmt ist. Diese Erkenntnis ist von Bedeutung, da Wasser unter bestimmten Voraussetzungen ebenfalls oxidationsfördernd ist und auch das Aushärteverhalten von Klebstoffen beeinflussen kann. Im Rahmen der geplanten Forschungsarbeiten wird untersucht, inwieweit die Reaktionsfähigkeit mittels dielektrisch behinderter Plasmen (DBE) erhöht werden kann.
Veröffentlichungen
Zeitschriftenbeiträge, begutachtet
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(2024): Characterization of laser-induced surface structures of aluminum in an oxygen-free atmosphere, Procedia CIRP 124, pp. 684–687
DOI: 10.1016/j.procir.2024.08.201 -
(2024): Arc spraying in silane-doped argon: Widening the material spectrum in oxygen-free process zones, Thermal Spray Bulletin, pp. 56–61
DOI: 10.53192/TSB20240156 -
(2023): Pressing and Sintering of Titanium Aluminide Powder after Ball Milling in Silane-Doped Atmosphere, Journal of Manufacturing and Materials Processing 7, p. 171
DOI: 10.3390/jmmp7050171 -
(2023): Thermal spraying in oxygen-free environment: Meltoff and atomisation behaviour of twin-wire arc spraying processes in silane-doped inert gases, Thermal Spray Bulletin 16, pp. 24–30
DOI: 10.53192/TSB20230124 -
(2023): Gas Phase Reaction of Silane with Water at Different Temperatures and Supported by Plasma, ACS Omega 8, pp. 8388–8396
DOI: 10.1021/acsomega.2c07209 -
(2023): Atmospheric Non-thermal Plasma Reduction of Natively Oxidized Iron Surfaces, Plasma Chemistry and Plasma Processing
DOI: 10.1007/s11090-023-10346-7 -
(2023): Oxygen‐Free Production—From Vision to Application, Advanced Engineering Materials
DOI: 10.1002/adem.202201819 -
(2022): Influence of an oxygen-free atmosphere on laser beam brazing of aluminium with prior surface deoxidation by pulsed laser radiation, Procedia CIRP 111, pp. 762–765
DOI: 10.1016/j.procir.2022.08.122 -
(2022): Laser beam brazing of aluminum alloys in XHV-adequate atmosphere with surface deoxidation by ns-pulsed laser radiation, Journal of Laser Applications 34, p. 22005
DOI: 10.2351/7.0000574 -
(2022): Young’s Modulus and Residual Stresses of Oxide-Free Wire Arc Sprayed Copper Coatings, Coatings 12, p. 1482
DOI: 10.3390/coatings12101482 -
(2022): Oxide Free Wire Arc Sprayed Coatings—An Avenue to Enhanced Adhesive Tensile Strength, Metals 12, p. 684
DOI: 10.3390/met12040684 -
(2021): Oxygen-free transport of samples in silane-doped inert gas atmospheres for surface analysis, Journal of Vacuum Science & Technology B 39, p. 54204
DOI: 10.1116/6.0001180 -
(2020): Towards Dry Machining of Titanium-Based Alloys: A New Approach Using an Oxygen-Free Environment, Metals 10, p. 1161
DOI: 10.3390/met10091161
Dissertationen
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(2024): Oberflächen- und gasanalytische Untersuchungen zum Einsatz silanhaltiger Atmosphären im Rahmen der „Sauerstofffreien Produktion“, Dissertation, Technische Universität Clausthal
DOI: 10.21268/20240830-0
Konferenzbeiträge, nicht begutachtet
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(2024): A new approach for the application of highly reactive metals, In: DVS (Hg.): International Thermal Spray Conference (ITSC) Proceedings: DVS Media GmbH, pp. 278–283
DOI: 10.31399/asm.cp.itsc2024p0278 -
(2023): Potentiale und Eigenschaften des Lichtbogenspritzens in silandotierten Inertgasen, In: Clausthaler Zentrum für Materialtechnik (Hg.): Tagungsband 4 . Symposium Materialtechnik. Düren: Shaker Verlag.
DOI: 10.21268/20230711-3
ISBN: 978-3-8440-9105-2 -
(2023): Untersuchung der Reaktivität von gasförmigem Silan und Wasser bei verschiedenen Temperaturen, In: Clausthaler Zentrum für Materialtechnik (Hg.): Tagungsband 4 . Symposium Materialtechnik. Düren: Shaker Verlag.
ISBN: 978-3-8440-9105-2 -
(2022): Potentials of thermal spraying processes in silane-doped inert gases, In: DVS (Hg.): International Thermal Spray Conference and Exhibition (ITSC) 2022. Düsseldorf: DVS Media GmbH, pp. 199–204.
DOI: 10.31399/asm.cp.itsc2022p0199 -
(2021): Sauerstofffreier Transport, Präparation und Transfer von Materialproben für die Oberflächenanalytik, In: Clausthaler Zentrum für Materialtechnik (Hg.): Tagungsband 4 . Symposium Materialtechnik. Düren: Shaker Verlag, pp. 829–839
Verschiedenes
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(2023): Advantages of oxygen-free wire-arc sprayed titanium coatings (Vortrag), DPG-Frühjahrstagung der Sektion Kondensierte Materie, Dresden 26.03.-31.03.2023
Teilprojektleiter
Leibnizstr. 9
38678 Clausthal-Zellerfeld
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Teilprojektbearbeiter
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