Techn. Hochsch., Diss., 2002--Aachen.

Zugl.: Stuttgart, Univ., Diss., 2009

Techn. Hochsch. Diss., 2002--Aachen.

Tierärztl. Hochsch., Diss., 2003--Hannover.

Essen, Universiẗat, Diss., 2004--Duisburg.

Techn. Hochsch., Diss., 2004--Aachen.

Das Ziel der Dissertation besteht darin, einen Beitrag zur Entwicklung von Hochtemperaturloten auf Eisenbasis mit Liquidustemperaturen von < 1100 °C zu leisten. Die Lote sollen als alternative Werkstoffe für die derzeit verwendeten Nickelbasislote im Werkzeug- und Wärmetauscherbau Anwendung finden. Als Grundwerkstoffe kommen Werkzeugstähle sowie rost- und säurebeständige Stähle in Betracht. Wichtige Legierungselemente sind Silizium, Nickel, Chrom und Bor. Eine Verbesserung gegenüber den Nickelbasisloten soll die Gefügeausbildung in Abhängigkeit der Lötspaltbreite sowie das Korrosionsverhalten darstellen. Entsprechende Ergebnisse werden aufgezeigt und mit Daten zur Zugfestigkeit, zum Zähigkeitsverhalten im Schlagbiegeversuch sowie zur Härteverteilung über die Lötnaht vervollständigt. Für ein Verständnis des Schmelzverhaltens dienen DTA-Untersuchungen. Eine Einordnung der entwickelten Lote in den derzeitigen Stand der Forschung wird gegeben. Weiterführendes Forschungs- und Entwicklungspotenzial wird aufgezeigt.

Das Ziel der Dissertation besteht darin, einen Beitrag zur Entwicklung von Hochtemperaturloten auf Eisenbasis mit Liquidustemperaturen von < 1100 °C zu leisten. Die Lote sollen als alternative Werkstoffe für die derzeit verwendeten Nickelbasislote im Werkzeug- und Wärmetauscherbau Anwendung finden. Als Grundwerkstoffe kommen Werkzeugstähle sowie rost- und säurebeständige Stähle in Betracht. Wichtige Legierungselemente sind Silizium, Nickel, Chrom und Bor. Eine Verbesserung gegenüber den Nickelbasisloten soll die Gefügeausbildung in Abhängigkeit der Lötspaltbreite sowie das Korrosionsverhalten darstellen. Entsprechende Ergebnisse werden aufgezeigt und mit Daten zur Zugfestigkeit, zum Zähigkeitsverhalten im Schlagbiegeversuch sowie zur Härteverteilung über die Lötnaht vervollständigt. Für ein Verständnis des Schmelzverhaltens dienen DTA-Untersuchungen. Eine Einordnung der entwickelten Lote in den derzeitigen Stand der Forschung wird gegeben. Weiterführendes Forschungs- und Entwicklungspotenzial wird aufgezeigt.

Im Sommer 1999 wurde im Forschungszentrum eine Zweistrahlführung in Betrieb genommen. Dieses System gestattet, Ionenarten aus unterschiedlichen Beschleunigern gleichzeitig in die Experimentierstationen zu lenken. In der Doppelimplantationsstation wird die Zweistrahlführung zur Synthese neuartiger Materialien genutzt. In der Analysestation wird die Zweistrahlführung in Kombination mit einem magnetischen Browne-Buechner-Spektrometer eingesetzt, um komplexe und hochgenaue Materialanalysen durchzuführen. Das System überträgt Ionen des gesamten Teilchen- und Energiespektrums von 3-MV-Tandetron-Beschleuniger und 500-kV-Ionenimplanter mit minimalen Intensitätsverlusten zu den Experimenten. Steuerung und Kontrolle von Beschleunigern, Strahlführung und Experiment erfolgen in einem hierarchischen Rechnernetz. Die hier beschriebene Zweistrahlanlage ist Teil eines Projekts zur umfassenden Kopplung von Basisgeräten des Forschungszentrums.

Eine Methode zur Variation der interatomaren Abstände eröffnet die epitaktische Abscheidung dünner Schichten. Dabei führt die Wahl eines geeigneten Substrates zu Spannungen in der Schichtebene. Im Gegensatz zu hydrostatischen Druckexperimenten an Massivproben ist die dadurch erzeugte biaxiale Verspannung des Kristallgitters von der Art der Probenherstellung abhängig und kann anschließend nicht mehr variiert werden. Werden für verschiedene Verspannungszustände das Substrat und die Präparationsparameter angepasst, beeinflusst dies gleichzeitig das Schichtwachstum. Aus den daraus resultierenden Schichteigenschaften lässt sich der Einfluss der Gitterdeformation nur schwer separieren, was die Vergleichbarkeit von verschiedenen Verspannungszuständen stark einschränkt. Aus diesem Grund konzentrieren sich bisherige Untersuchungen zur Dehnungsempfindlichkeit von supraleitenden Dünnschichten zumeist auf die phänomenologische Beschreibung der Ergebnisse, da sie nur schwer mit der Verspannung in Korrelation zu setzen sind. Da dieses Problem mit herkömmlichen Verfahren nicht zu lösen ist, werden in dieser Arbeit neue Verspannungstechniken auf supraleitende Dünnschichten angewendet und im Besonderen mit dem Fokus auf Fe-basierte Supraleiter untersucht. Zum einen kommen dazu piezoelektrische Substrate zum Einsatz, die eine biaxiale Verspannung der darauf abgeschiedenen Dünnschicht ermöglichen, indem die Gitterparameter des Substrates durch ein elektrisches Feld verändert werden. Zum anderen wird auf Grundlage flexibler Substrate mittels eines Biegeversuchs eine uniaxiale Gitterdeformation von Dünnschichten realisiert. Zusammenfassend wird in dieser Arbeit die Anwendung der dynamischen Verspannung auf supraleitende Schichten für zwei wichtige Materialklassen demonstriert: die Kupferoxid-basierten Supraleiter und die Eisen-basierten Supraleiter. In beiden Fällen konnte ein epitaktisches Wachstum durch gezielte Anpassung der Pufferarchitektur erreicht werden. Im Fall der piezoelektrischen Substrate wurde der vollständige Übertrag der Verspannung in die Schicht nachgewiesen und die Temperaturabhängigkeit der induzierten Dehnung über verschiedene Verfahren ermittelt. Auf dieser Grundlage konnte die Dehnungsempfindlichkeit der supraleitenden Übergangstemperatur, die bisher nur durch statisch verspannte Schichten zugänglich war, näher untersucht werden. Zusätzlich erlaubte der Ansatz die Analyse der Vortexdynamik sowie des oberen kritischen Feldes. Es konnte materialübergreifend gezeigt werden, dass sich die Dehnungsempfindlichkeit der charakteristischen Übergangsfelder einheitlich beschreiben und sich dabei der Vortex-Glas-Flüssigkeits Übergang mit der Aktivierungsenergie korrelieren lässt.