Diese Arbeit setzt sich mit der Messung und Modellierung von Haftkräften auf rauen Oberflächen auseinander, wobei Filtermaterialien aus dem Sonderforschungsbereich 920 mittels Rasterkraftmikroskopie-Methoden untersucht wurden. Durch eine Vielzahl an Haftkraftmessungen konnte gezeigt werden, dass für schlecht benetzende Oberflächen die Rauheit zur Erhöhung der attraktiven Kräfte führt, da vermehrt mit Kapillarwechselwirkungen zu rechnen ist. Aus diesem Grund erfolgte eine Charakterisierung der Oberflächenmorphologien der Filtermaterialproben und eine kritische Bewertung von Modellen, welche aus Kontaktwinkeldaten die Oberflächenenergien ermitteln. Im Modellierungsteil der Arbeit wurden gängige van der Waals-Kraftmodelle mit Berücksichtigung von Retardationseffekten untersucht. Weiterhin wurden AFM-Scans mit dem Schichtmodell von Dagastine verbunden sowie für die Bewertung von Kapillarkraftmodellen verwendet.:Abbildungsverzeichnis
Tabellenverzeichnis
1 Einleitung
2 Stand der Technik
2.1 Reinigung von Metallschmelzen
2.1.1 Stellung des Sonderforschungsbereichs 920 innerhalb der Thematik
der Metallschmelzereinigung
2.1.2 Inklusionen in Metallschmelzen - Schmelzprozess, relevante
Einschlusstypen und Problematik verunreinigter Gussprodukte
2.1.3 Möglichkeiten der Metallschmelzereinigung
2.1.4 Metallschmelzefiltration
2.2 Rasterkraftmikroskopie
2.2.1 Funktionsweise, Kraftspektroskopie und Imaging
2.2.2 Colloidal Probe Technik
2.3 Benetzung und deren Phänomene
2.3.1 Ansätze zur Quantifizierung von Benetzungsgrößen
2.3.2 Diskussion bezüglich der Oberflächenenergiemodelle
2.3.3 Realsystem: Benetzungsphänomene bei Metallschmelzen auf
Keramiken am Beispiel Aluminium
2.4 Haftkräfte und deren Berechnung
2.4.1 DLVO-Kräfte: van der Waals-Wechselwirkungen
2.4.2 nonDLVO-Kräfte
2.4.3 Nanoblasen und Kapillarkräfte
2.4.4 Haftkräfte unter erhöhten Temperaturen, Sinterung
2.4.5 Haftkräfte auf rauen Oberflächen
2.4.6 Kontaktmechanik
2.5 Genutztes Modellsystem, Abgrenzung der Arbeit
3 Material und Methoden
3.1 Material
3.1.1 Substrate
3.1.2 Partikel
3.1.3 Modellschmelze Wasser, Flüssigkeiten für die Kontaktwinkelmessung
3.2 Methoden
3.2.1 Kontaktwinkelmessgerät G10
3.2.2 Rasterkraftmikroskope XE-100 und UHV750
3.2.3 MatLAB-Skripte
3.2.4 Silanisierung
3.3 Vorbetrachtungen
3.3.1 Berechnung der Hamaker-Konstanten der untersuchten Stoffsysteme
3.3.2 Bedeutung eines einheitlichen Protokolls bei AFM- und KWMessungen
4 Auswertung
4.1 Charakterisierung der untersuchten Oberflächen bezüglich ihrer Rauheit
mithilfe von AFM-Scans
4.1.1 Kontaktmechanik und sinnvolle Wahl der Scan-Größen sowie
Lateral-Auflösung
4.1.2 Höhenprofile (z-Werte) der Filtermaterialien
4.1.3 Rauheitskenngrößen der AFM-Scans
4.1.4 Zusammenfassung
4.2 Kontaktwinkelmessungen und Oberflächenenergieverteilungen
4.2.1 Kontaktwinkelmessungen auf den Filtermaterialien
4.2.2 Oberflächenenergie - Komponentenansätze
4.2.3 Oberflächenenergie - Equation of State
4.2.4 Abschätzen der Hamaker-Konstanten aus der Oberflächenenergie
des Feststoffs
4.2.5 Zusammenfassung
4.3 Ergebnisse Kraftspektroskopie
4.3.1 Experimentelle Ergebnisse - Einflussfaktoren Benetzbarkeit,
Rauheit und Gasübersättigung
4.3.2 Sondergeometrien
4.3.3 Nachbetrachtung zu den Ergebnissen des Modellsystems
4.3.4 HT-Messungen mit dem Rasterkraftmikroskop
4.3.5 Zusammenfassung
5 Modellierung
5.1 Berücksichtigung von Retardation bei gängigen van der Waals-
Kraftmodellen auf rauen Oberflächen in der Mechanischen Verfahrenstechnik
5.2 Van der Waals-Kraft-Modelle für raue Oberflächen zur Beschreibung
der experimentellen Daten
5.3 Dagastines Modell in Kombination mit dem Cooper-Ansatz
5.4 Kapillarkräfte durch Nanoblasen auf rauen Oberflächen
5.4.1 Zusammenfassung
6 Zusammenfassung und Ausblick
6.1 Zusammenfassung
6.2 Ausblick
7 Anhang
7.1 Ergänzungen zum Kapitel Stand der Technik
7.2 Ergänzungen zum Kapitel Material und Methoden
7.3 Ergänzungen zum Kapitel Auswertung: Rauheit
7.4 Ergänzungen zum Kapitel Auswertung: Kontaktwinkelmessungen und
Oberflächenenergien
7.5 Ergänzungen zum Kapitel Auswertung: Literatur- und Messdaten
7.6 Ergänzungen zum Kapitel Auswertung: Modellierung
Literaturverzeichnis
| Identifer | oai:union.ndltd.org:DRESDEN/oai:qucosa:de:qucosa:76210 |
| Date | 01 December 2021 |
| Creators | Ditscherlein, Lisa |
| Contributors | Peuker, Urs A., Segets, Doris, TU Bergakademie Freiberg |
| Source Sets | Hochschulschriftenserver (HSSS) der SLUB Dresden |
| Language | German |
| Detected Language | German |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, doc-type:doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, doc-type:Text |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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