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[pt] Neste trabalho é feito um estudo experimental da relaxação de uma fibra sintética de alta resistência, conhecida como Kevlar 49, empregada na fabricação de cabos que podem ser usados como cabos de protensão. O objetivo é obter uma equação para o cálculo da relaxação e verificar a influência de um condicionamento mecânico (aplicação e remoção de uma tensão). Foram realizados ensaios em seis amostras da fibra sob cinco níveis de tensão, equivalentes a 10%, 20%, 30%, 40% e 50% da tensão de ruptura do material. Os ensaios foram realizados com a temperatura e umidade relativa do ar controlados na faixa de 21oC + 2oC e 77% + 7% respectivamente. O tempo de duração de cada ensaio foi de 72 horas. Os resultados revelaram que as curvas de relaxação são lineares quando plotadas numa escala logarítmica do tempo e que o coeficiente de relaxação é bem representado por uma função potencial e depende da tensão aplicada. Em adição revelaram que um condicionamento mecânico não altera o comportamento da fibra. / [en] High-strength aramid fibers have been used in the production of a variety of cables and ropes which have found several applications as structural members in bridges and other types of structures. For such applications, a sound knowledge of the time dependent material properties is highly important. An experimental investigation on the stress relaxation behavior of a high-strength aramid fiber was carried out, with the purpose of studying the viscoelastic properties of the material and the effect of a mechanical conditioning (application and removal of stress prior to testing) on these properties. The fiber used in this investigation is commercially known as Kevlar 49. The tests were conducted at five different stress levels, at constant temperature and moisture. The results showed that the fiber has a non-linear viscoelastic behavior and that the effect of the mechanical conditioning isn´t important. An equation for the prediction of the stress relaxation is presented. / [es] En este trabajo se realiza un estudio experimental de la relajamiento de una fibra sintética de alta resistencia, conocida como Kevlar 49, empleada en la fabricación de cables que pueden ser usados como cables de protensión. El objetivo es obtener una ecuación para el cálculo dela relajamiento y verificar la influencia de un condicionamento mecánico. Fueron realizados ensayos en seis muestras de la fibra bajo cinco niveles de tensión, equivalentes a 10%, 20%, 30%, 40% y 50% de la tensión de ruptura del material. Los ensayos fueron realizados con la temperatura y la humedad relativa del aire controlados en la faja de 21oC + 2oC y 77% + 7% respectivamente. El tiempo de duración de cada ensayo fue de 72 horas. Los resultados revelaron que las curvas de relajamiento son lineales cuando se utiliza una escala logarítmica para el tiempo y que el coeficiente de relajamiento está bien representado por una función potencial, que depende de la tensión aplicada. Adicionalmente, los ensayos revelaron que un condicionamento mecánico no altera el comportamiento de la fibra.

The damage development and strength of ply-level scaled carbon/epoxy composite laminates having stacking sequence of [+Tn/-Tn/902n]s where constraint ply angle, T, was 0, 15, 30, 45, 60, and 75 degrees, and size was scaled as n=1,2,3, and 4, is reported in Part I. X-radiography was used to monitor damage developments. First-ply failure stress, and tensile strength were recorded. First-ply failure of the midplane 90 deg. plies depended on the stiffness of constraint plies, and size. All 24 cases were predicted using Zhang's shear-lag model and data generated from cross-ply tests. Laminate strength was controlled by the initiation of a triangular-shaped local delamination of the surface angle plies. This delamination was predicted using O'Brien's strain energy release rate model for delamination of surface angle plies. For each ply angle, the smallest laminate was used to predict delamination (and strength) of the other sizes. The in-situ tensile strength of the 0 deg. plies within different cross-ply, and quasi-isotropic laminates of varying size and stacking sequence is reported in Part II. No size effect was observed in the strength of 0 deg. plies for those lay-ups having failure confined to the gauge section. Laminates exhibiting a size-strength relationship, had grip region failures for the larger sizes. A statistically significant set of 3-point bend tests of unidirectional beams were used to provide parameters for a Weibull model, to re-examine relationship between ultimate strength of 0 deg. plies and specimen volume. The maximum stress in the 0 deg. plies in bending, and the tensile strength of the 0 deg. plies (from valid tests only) was the same. Weibull theory predicted loss of strength which was not observed in the experiments. An effort to model the durability and life of quasi-isotropic E-glass/913 epoxy composite laminates under steady load and in an acidic environment is reported in Part III. Stress-rupture tests of unidirectional coupons immersed in a weak hydrochloric acid solution was conducted to determine their stress-life response. Creep tests were conducted on unidirectional coupons parallel and transverse to the fibers, and on ±45°. layups to characterize the lamina stress- and time-dependent compliances. These data were used in a composite stress-rupture life model, based on the critical element modeling philosophy of Reifsnider, to predict the life of two ply-level thickness-scaled quasi-isotropic laminates. / Ph. D.

Die vorliegende Arbeit verfolgt das Ziel, Cu(Ag)-Dünnschichten als potentiellen Werkstoff für Leiterbahnen in der Mikroelektronik zu untersuchen. Für die Beurteilung dieses Materialsystems wurden vier Schwerpunkte bezüglich der Schichtcharakterisierung definiert: Herstellung, Gefüge, thermomechanische Eigenschaften, Elektromigrationsresistenz. Grundlage sämtlicher Untersuchungen ist eine geeignete Probenpräparation. In Anlehnung an Technologien, die zur Zeit bei der Herstellung von reinen Cu-Leiterbahnen Anwendung finden, erfolgte die Beschichtung der Cu(Ag)-Schichten (Dicke bis 1 µm) galvanisch aus einem schwefelsauren Elektrolyten unter Additiveinsatz auf thermisch oxidierten Siliziumwafern. Hierbei war nicht nur die Abscheidung von ganzflächigen Dünnschichten, sondern auch die Beschichtung auf strukturierte Substrate von Interesse. Die erzeugten Schichtproben werden in ihren Gefügeeigenschaften, vergleichend zu reinen Kupferschichten, charakterisiert. Hierzu zählen Korngrößen und -orientierungen, thermisches Gefügeverhalten, Einbau, Verteilung und Segregation von Silber und Fremdstoffen sowie die elektrischen Eigenschaften. Von grundsätzlicher Bedeutung für das Elektromigrationsverhalten und damit für die Zuverlässigkeit und das Leistungsvermögen sind die thermomechanischen Eigenschaften. Diese werden an ausgedehnten Schichten mit der Substratkrümmungsmessung bis zu Temperaturen von 500°C beschrieben. Die Diskussion des mechanischen Schichtverhaltens umfasst sowohl thermische als auch temporale Charakteristika. Die Untersuchungen geben einen Einblick in die wirkenden Mechanismen des Stofftransports und des Spannungsabbaus. Den Abschluss der Arbeit stellen erste Experimente zum Elektromigrationsverhalten der Cu(Ag)-Dünnschichten dar. Den Kern dieser Analysen bilden Messungen an sog. Blech-Strukturen (Materialdriftexperimente). Hierbei werden geeignete Technologien für die mikrotechnologische Herstellung von derartigen Cu(Ag)-Strukturen vorgestellt. Anhand erster Messungen wird das Elektromigrationsverhalten von Cu(Ag)-Metallisierungen in seinen Grundcharakteristika beschrieben.

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Die vorliegende Arbeit verfolgt das Ziel, Cu(Ag)-Dünnschichten als potentiellen Werkstoff für Leiterbahnen in der Mikroelektronik zu untersuchen. Für die Beurteilung dieses Materialsystems wurden vier Schwerpunkte bezüglich der Schichtcharakterisierung definiert: Herstellung, Gefüge, thermomechanische Eigenschaften, Elektromigrationsresistenz. Grundlage sämtlicher Untersuchungen ist eine geeignete Probenpräparation. In Anlehnung an Technologien, die zur Zeit bei der Herstellung von reinen Cu-Leiterbahnen Anwendung finden, erfolgte die Beschichtung der Cu(Ag)-Schichten (Dicke bis 1 µm) galvanisch aus einem schwefelsauren Elektrolyten unter Additiveinsatz auf thermisch oxidierten Siliziumwafern. Hierbei war nicht nur die Abscheidung von ganzflächigen Dünnschichten, sondern auch die Beschichtung auf strukturierte Substrate von Interesse. Die erzeugten Schichtproben werden in ihren Gefügeeigenschaften, vergleichend zu reinen Kupferschichten, charakterisiert. Hierzu zählen Korngrößen und -orientierungen, thermisches Gefügeverhalten, Einbau, Verteilung und Segregation von Silber und Fremdstoffen sowie die elektrischen Eigenschaften. Von grundsätzlicher Bedeutung für das Elektromigrationsverhalten und damit für die Zuverlässigkeit und das Leistungsvermögen sind die thermomechanischen Eigenschaften. Diese werden an ausgedehnten Schichten mit der Substratkrümmungsmessung bis zu Temperaturen von 500°C beschrieben. Die Diskussion des mechanischen Schichtverhaltens umfasst sowohl thermische als auch temporale Charakteristika. Die Untersuchungen geben einen Einblick in die wirkenden Mechanismen des Stofftransports und des Spannungsabbaus. Den Abschluss der Arbeit stellen erste Experimente zum Elektromigrationsverhalten der Cu(Ag)-Dünnschichten dar. Den Kern dieser Analysen bilden Messungen an sog. Blech-Strukturen (Materialdriftexperimente). Hierbei werden geeignete Technologien für die mikrotechnologische Herstellung von derartigen Cu(Ag)-Strukturen vorgestellt. Anhand erster Messungen wird das Elektromigrationsverhalten von Cu(Ag)-Metallisierungen in seinen Grundcharakteristika beschrieben.