Berlin, Humboldt-Univ., Diss., 2003. / Computerdatei im Fernzugriff.

Berlin, Humboldt-Univ., Diss., 2003. / Computerdatei im Fernzugriff.

Berlin, Humboldt-University, Diss., 2003.

Universiẗat, Diss., 2004--Würzburg.

Untersuchung der Keimbildung und des Kristallisationsverhaltens einer mit Zirkoniumoxid verstärkten Glimmerglaskeramik mit Na- Fluorphlogopit als kristalliner Hauptphase. Es der Einfluss des Zirkoniumoxides auf die Keimbildung untersucht. Die Möglichkeiten und Mechanismen der mechanischen Verfestigung der vorkristallisierten Glaskeramik in einem zweiten Temperschritt durch gezielte Gefügeeinstellung, Wachstum der Zirkoniumoxidkristalle auf eine umwandlungsfähige Größe, sowie durch Ausscheidung anderer Phasen wurden im zweiten Teil untersucht. Ziel war die Optimierung der Bearbeitbarkeit nach der ersten Kristallisation und eine bestmögliche Verfestigung durch die zweite Kristallisation. Keimbildung und Kristallisation Die in der Literatur häufig beschriebene tröpfchenförmige Entmischung konnte nicht beobachtet werden. Die Keimbildung wird wesentlich durch die primäre Ausscheidung von nanokristallinem Zirkoniumoxid begünstigt. Ohne Zirkoniumoxid erfolgt im gewählten Zusammensetzungsbereich des Grundglases eine homogene Keimbildung von Phlogopit mit einem Keimbildungsmaximum im Bereich der Transformationstemperatur Tg des Glases. Bei einer Zusammensetzung mit sechs Masseprozent Zirkoniumoxid lassen sich homogene einphasige Gläser herstellen, wenn die Abmessungen nicht zu groß sind, so dass die Abkühlung in wenigen Minuten erfolgt. Andernfalls würde bereits während der Abkühlung die unkontrollierte Ausscheidung von Zirkoniumoxid-Dendriten erfolgen. Eine Temperaturbehandlung bei ca. 60 – 100 °C oberhalb von Tg führt zur homogenen Ausscheidung von Zirkoniumoxid–Nanokristallen und anschließender heterogener Keimbildung von Chondrodit- und Phlogopit–Kristallen. Die maximale Keimbildungsrate erhöht sich hierdurch um mehr als 20-tausendfach. Das Maximum der Keimbildung wird zu höheren Temperaturen verschoben und die Induktionszeit drastisch verkürzt. Somit können in technisch interessanten Zeiten genügend Keime erzeugt werden um ein feinkristallines Gefüge zu erhalten. In den untersuchten Gläsern erfolgt die Kristallisation ohne vorangehende amorphe Phasentrennung. Unterhalb einer Temperatur von 1060 °C wachsen gestörte Glimmerkristalle mit gegenüber der regulären Stöchiometrie erhöhtem Al–Anteil. Bei größeren Glimmerkristallen lassen sich makroskopisch gekrümmte, dendritisch verzweigte Wachstumsformen erkennen. Als Ursache hierfür konnten Störungszonen im Gitteraufbau der Glimmer ausgemacht werden. Zusätzliche, eingeschobene {001}-Halbebenen führen zu einer Verbiegung der benachbarten durchgehenden Netzebenen und ermöglichen dem Kristall die Wachstumsrichtung um einen kleinen Winkelbetrag zu ändern. In der Summe entstehen so die makroskopisch gekrümmten und verzweigten Kristalle. Anders als für die bekannten sphärisch aggregierten Glimmerkristalle angenommen, ist hier also kein durch die Glasmatrix vorgegebener Zwang für die gekrümmte Morphologie entscheidend. Vielmehr führen Wachstumsstörungen, die aufgrund der nichtstöchiometrischen, Al-reichen und hochviskosen Glasmatrix auftreten, zu Gitterfehlern in deren Folge die Glimmerkristalle gekrümmt wachsen. Bei höheren Temperaturen und höherer Mobilität der für den Phlogopit erforderlichen Baueinheiten erfolgt die Rekristallisation zu stöchiometrischem Phlogopit. Verfestigung Die Zugabe von Zirkoniumoxid hat einen wesentlichen Einfluss auf die Festigkeit der Glimmerglaskeramik. Bereits nach der ersten Kristallisation wurden Biegefestigkeiten bis 290 MPa gemessen, gegenüber 120 MPa ohne Zirkoniumoxid. In diesem Stadium liegen die Zirkoniumoxidkristalle noch in einem nicht umwandlungsfähigen nanokristallinen Zustand vor. Durch die heterogene Keimbildung an ZrO2–Kristallen wird ein feinkörniges Phlogopitgefüge möglich, wodurch eine Verfestigung gegeben ist. Umwandlungsfähige ZrO2-Teilchen in der Restglasmatrix nach der zweiten Kristallisation konnten nachgewiesen werden. Damit wurde der Prozess der Umwandlungsverstärkung qualitativ nachgewiesen. Es trat jedoch keine signifikante Erhöhung der Bruchzähigkeit ein. Die höhere Biegefestigkeit nach der zweiten Kristallisation wird deshalb durch umwandlungsinduzierte Oberflächendruckspannung erklärt. Mikrorissverstärkung ist ein weiterer bekannter Verfestigungsmechanismus. Mikrorisse an bereits umgewandelten ZrO2-Teilchen wurden jedoch nicht beobachtet. Kristallisation weiterer Phasen Durch unterschiedliche Keimbildung und geringe Änderungen des Fluorgehaltes der Gläser konnten im zweiten Kristallisationsschritt Kornerupin, Mullit oder Spinell als weitere Phase kristallisiert werden. Kornerupin kristallisierte in Form von langen Nadeln. Schon ein geringer Anteil Kornerupin führte zu einer deutlich höheren Härte und Elastizitätsmodul. Die Bruchzähigkeit nahm etwas ab, ein signifikanter Einfluss auf die Biegefestigkeit war nicht festzustellen. Die Bearbeitbarkeit wurde signifikant schlechter. Außerdem führten relativ geringe Mengen Kornerupin zu einer starken Opakisierung des Materials. Mullit und Spinell zeigten beide eine gute Verträglichkeit mit dem Glimmergefüge, es wurden hohe Festigkeiten erreicht. Im Gegensatz zu den Kornerupin-Nadeln, welche Gefügeübergreifend wuchsen, kristallisierte, je nach Fluorgehalt, Mullit oder Spinell in den glasigen Bereichen zwischen den Glimmerkristallen. Ein negativer Einfluss auf die Bearbeitbarkeit wurde nicht festgestellt. Proben mit mehr Mullit sind jedoch weniger transluzent als Proben mit überwiegend Spinell. Bearbeitbarkeit Durch den Einsatz von Zirkoniumoxid und dessen gezielter Ausscheidung in einem zweistufigen Kristallisationsprozess wurden bearbeitbare Glimmerglaskeramiken mit deutlich höheren Festigkeitswerten hergestellt, als die der bisher bekannten Glimmerglaskeramiken. Der Widerspruch zwischen guter Bearbeitbarkeit und hoher Festigkeit konnte nicht aufgehoben werden. Es ist zwar eine Bearbeitung der Proben mit spanenden Werkzeugen möglich. Die verstärkten Proben sind jedoch deutlich schwerer zu bearbeiten, als die unverstärkten. Eine Optimierung war möglich, indem der Glimmeranteil erhöht wurde. Da die Proben mit höherem Glimmeranteil eine niedrigere Härte hatten, konnte ein inverser Zusammenhang zwischen der gemessenen Härte und der Bearbeitbarkeit festgestellt werden. Dem ursprünglichen Ziel entsprechend wurde durch die zweite Kristallisationsstufe eine Steigerung der Festigkeit erzielt, bei gleichzeitig verminderter Bearbeitbarkeit. Die hohen Erwartungen an die zweistufige Kristallisation konnten jedoch nicht erfüllt werden. Vielmehr ist bereits in einem einstufigen Prozess eine hohe Festigkeit bei noch akzeptabler Bearbeitbarkeit möglich. / The nucleation mechanism of the mica crystals of a machineable mica-glass-ceramic and the growth of the crystals were investigated. The influence of zirconia on nucleation and crystallization was a main topic. It was the aim of this work to understand the mechanical strengthening of this type of glassceramic during a second crystallization step at a temperature, which was higher than the first crystallization temperature. Strengthening was thought to occur due to the growth of the zirconia particles to a size, where transformation toughening is possible, due to a uniform fine grain size and due to additional phases, which crystallize during the second heat treatment. It was further the aim to optimize the machineability of the glass-ceramic after a first crystallization step and to achieve a high strength after the second crystallization step. The material should be useful as a dental CAD/CAM restauration. Nucleation and crystallization In the literature an amorphous phase separation (APS) is described, which enhances the nucleation of mica crystals in similar glass compositions. The TEM did not show APS in the investigated glasses. Nucleation is promoted by a primary crystallization of nanosized zirconia particles. Without the addition of zirconia a homogeneous nucleation of mica crystals occurs and the maximum nucleation rate is near the transformation temperature of the glass. Homogeneous glasses could be fabricated with the addition of up to 6 wt. % zirconia. A heat treatment of the glass blank with 6 wt. % zirconia at 60 to 100 °C above Tg leads to a homogeneous crystallization of nanocrystalline zirconia particles. These zirconia particles are heterogeneous nucleation sites for the subsequent crystallization of mica crystals and also of a chondrodite-like phase. The maximum nucleation rate is enhanced by a factor of 20- thousand compared to the zirconia free glass. The high nucleation rate makes it possible to produce a fine-grained mica-glass-ceramic in a reasonable time. No APS in advance to crystallization was detected in the zirconia containing glasses as well. At temperatures above 1060 °C, when the mobility in the glassy matrix is higher, the formation of mica crystals with regular Al-content takes place. This happens by a recrystallization process. Strengthening The addition of zirconia dramatically influences the strength of the glass-ceramic. The bending strength is up to 290 MPa after the first crystallization step, compared to 120 MPa without zirconia. At this point the zirconia particles are nanocrystalline. Because of their small grain size there is no contribution of a transformation toughening effect. The strenghtening is thus attributed to the fine-grained microstructure, which is a result of the heterogeneous nucleation of mica on zirconia particles. The process of transformation toughening was demonstrated qualitatively. There was no significant increase of the thoughness value. This is in conformity with the theory, because the amount of transformable zirconia particles is too low to create a measurable volume effect. The further increase of strength of up to 350 MPa during the second crystallization is therefore attributed to a transformation enhanced surface compression. It is possible to crystallize either kornerupine, mullite or spinel phases during the second crystallization step by applying different nucleation regimens and by different fluorine contents. Kornerupine crystallizes with a long needle-like morphology. Kornerupine comes along with higher hardness values and higher Youngs-Modulus, but transparency, machineability and fracture toughness values decreased. Mullite or spinel phases crystallized in the small glassy pockets between the mica crystals. Machineability The addition of zirconia to a mica-glass-ceramic and the controlled crystallization in a two step crystallization process results in a machineable glass-ceramic with significant higher strength than known machineable glass-ceramics. The conflict between good machineability and high strength could not be overcome. Though it was possible to machine the high strength glass-ceramic for example with hard metal tools, the machineability of the zirconia containing glass-ceramic was lower than the machineability of the glass-ceramic without zirconia and also lower than the commercial low strength mica-glass-ceramic Macor®. An optimization was possible by increasing the percentage of the mica crystals. The samples with higher crystalline content had lower hardness values, which explains the better machineability of these samples. According to the original aim, the strength increased during the second crystallization and the machineability decreased. It is questionable however, if the rather small enhancement of the mechanical properties justifies a second heating step. Good strength values are attained even after the first crystallization and machineability is adequate in some cases.

We present Glimmer, a new multilevel visualization algorithm for multidimensional scaling designed to exploit modern graphics processing unit (GPU) hard-ware. We also present GPU-SF, a parallel, force-based subsystem used by Glimmer. Glimmer organizes input into a hierarchy of levels and recursively applies GPU-SF to combine and refine the levels. The multilevel nature of the algorithm helps avoid local minima while the GPU parallelism improves speed of computation. We propose a robust termination condition for GPU-SF based on a filtered approximation of the normalized stress function. We demonstrate the benefits of Glimmer in terms of speed, normalized stress, and visual quality against several previous algorithms for a range of synthetic and real benchmark datasets. We show that the performance of Glimmer on GPUs is substantially faster than a CPU implementation of the same algorithm. We also propose a novel texture paging strategy called distance paging for working with precomputed distance matrices too large to fit in texture memory.

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University, Diss., 2001--Mainz. / Auch als gedr. Diss.

We present Glimmer, a new multilevel visualization algorithm for multidimensional scaling designed to exploit modern graphics processing unit (GPU) hard-ware. We also present GPU-SF, a parallel, force-based subsystem used by Glimmer. Glimmer organizes input into a hierarchy of levels and recursively applies GPU-SF to combine and refine the levels. The multilevel nature of the algorithm helps avoid local minima while the GPU parallelism improves speed of computation. We propose a robust termination condition for GPU-SF based on a filtered approximation of the normalized stress function. We demonstrate the benefits of Glimmer in terms of speed, normalized stress, and visual quality against several previous algorithms for a range of synthetic and real benchmark datasets. We show that the performance of Glimmer on GPUs is substantially faster than a CPU implementation of the same algorithm. We also propose a novel texture paging strategy called distance paging for working with precomputed distance matrices too large to fit in texture memory. / Science, Faculty of / Computer Science, Department of / Graduate

Glimmer är vanligt förekommande i den svenska berggrunden och återfinns bland annat i bergarterna gnejs och granit. Åtskilliga praktiska samt vetenskapliga exempel visar att glimmerhar negativ påverkan på bärlagermaterial samt asfalt och är därmed reglerat i Trafikverkets regelverk. Däremot är det ytterst få studier som behandlar glimmerhaltens påverkan på ett förstärkningslager. Gemensamt i de studier där obundna lager studerats är att fria glimmerkorn, s.k. fritt glimmer, som anrikas i små fraktioner utgör det största problemet.  Tidigare undersökningar och skadeutredningar av vägar med snabb nedbrytning pekar på attglimmer haft negativ påverkan även på förstärkningslagret. Denna studie initierades dåTrafikverket nyligen avslutat ett vägprojekt som tidigt uppvisade spårdjupsutveckling somdelvis härleddes till ett glimmerrikt förstärkningslager. Med bakgrund av ovanstående finns det anledning att undersöka glimmermineralens påverkan på ett förstärkningslager då det kan föreligga ett behov att reglera tillåten glimmerhalt även i detta lager. Bergmaterial bryts, främst av ekonomiska skäl, fördelaktligen i anslutning till vägen som ska byggas. En allt för sträng begränsning kan medföra att vissa bergtäkter döms ut vilket resulterar i suboptimeringar såsomlängre materialtransporter vilket påverkar både priser samt koldioxidutsläpp. Syftet med denna studie är att undersöka hur fritt glimmer påverkar ett förstärkningslager genom att studera befintlig litteratur samt utföra en laboratorieundersökning. Tidigare studier på bärlagermaterial har visat på ökning av kapillaritet och deformationer vid högre glimmerhalter. Ökad tjällyftning, i synnerhet kvarvarande lyftning, har också registrerats vid ökande glimmerhalt. Detta har resulterat i att en maximal fri glimmerhalt på 30% ej fåröverstigas i ett bärlager enligt Trafikverkets regelverk. Då kunskapsläget om glimmer i förstärkningslager är avsevärt mycket sämre än för bärlager finns idag ingen begränsning rörande högsta tillåtna glimmerhalt i förstärkningslager. Baserat på litteraturstudien, tillgänglig utrustning och tidsramen för detta projekt utformades ett belastningstest med inspiration från CBR-test. Testserien har utförts på material i fraktion 0-63 mm där en hydraulpress under konstant deformationshastighet belastar materialet och registrerar kraft i förhållande till deformation. Tre olika glimmerhalter testades med vattenkvot 6% och 12%. Glimmerhalten varierades genom att dopa det glimmerrika ursprungsmaterialet i fraktion 0-4 mm med glimmerfritt material i samma fraktion samtidigt som den totala andelen 0-4 mm material hölls konstant i samtliga prov. Resultatet från belastningstesterna av proverna med vattenkvot 12% visar ett vagt sambandmellan ökad glimmerhalt och större deformationer. Samtidigt påvisar resultatet för provernamed vattenkvot 6% det omvända. Eftersom dessa två prover skiljer sig mest med avseende på glimmerhalt och vattenkvot är detta resultat synnerligen oväntat. Resultaten beträffandepermanent deformation i förhållande till maximal deformation antyder att provmaterialet med högst glimmerhalt erhöll minst elastiska egenskaper med båda vattenkvoterna. Utifrån studiens resultat är det svårt att konstatera hur fritt glimmer påverkar bärigheten hos ett förstärkningslager. För att med säkerhet påstå hur fritt glimmer påverkar deformationsegenskaperna hos ett förstärkningslager krävs fler prover. Slumpen kan i denna laboratorieundersökning ha orsakat resultaten med tanke på att bara ett försök med varje glimmerhalt/vattenkvot gjordes för varje provmaterial.