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Teilvorhaben: Interface-, Gefüge- und Zuverlässigkeitsanalyse an innovativen Al-Bonddraht-Legierungen

Das Projekt "Teilvorhaben: Interface-, Gefüge- und Zuverlässigkeitsanalyse an innovativen Al-Bonddraht-Legierungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration durchgeführt. Das Projekt HotAL - Hochtemperaturoptimierte Al-Bondtechnik für Offshore Anwendungen - widmet sich dem Ziel, Leistungselektronik-Module durch Nutzung innovativer Al-Werkstoffe und Prozessführung für Hochtemperaturanwendungen zu ertüchtigen. Der wesentliche Hebel ist der Einsatz von modifizierten Werkstoffen für den Draht und die nachfolgende Prozessierung zur gezielten Veränderung der Materialeigenschaften. Das Projekt ist in 4 übergeordnete Arbeitspakete aufgeteilt: 1. Definition, 2. Material- und Prozessanpassung, 3. Prozesserprobung, Aufbau von Forschungsdemonstratoren, 4. Analytik Ausfallmechanismen und Lebensdauerprüfung. Das IZM bringt im 1. Arbeitspaket seine Erfahrung bei Material- und Fehleranalytik ein und unterstützt beim Design und der Prozessauswahl für den Forschungsdemonstrator. Im 2. Arbeitspaket führt das IZM Materialanalytik durch metallografische Untersuchungen, FIB-Präparation und REM-Analytik an gezogenen Bonddrahtmustern aus. Zudem wird die Verarbeitbarkeit des neuen Bonddrahtes erforscht. Im 3. Arbeitspaket unterstützt das IZM beim Aufbau funktionaler Demonstratoren. Im 4. Arbeitspaket widmen sich die Arbeiten am IZM der Bestimmung der Lebensdauer bei thermomechanisch induzierter Ermüdung im Drahtinterface durch Active Power Cycling und der Analytik der Fehlermechanismen.

Teilvorhaben 5

Das Projekt "Teilvorhaben 5" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von plating electronic GmbH durchgeführt. Die Schichteigenschaften werden bezüglich Verschleißbeständigkeit und Abstimmung auf das Substrat durch genaue und modellgestützte Kontrolle der Beschichtungsprozesse verbessert. Die Gestaltung optimierter Schichtfunktionen erfolgt durch gradierte Gefüge mit reduzierten Risslängen und -dichten und durch Druckeigenspannungen. Die Schichten und Grenzflächenbereiche werden metallografisch, mechanisch und tribologisch charakterisiert. Beanspruchungsanalysen werden zur Qualifizierung und für Lebensdauerberechnungen für Betriebsbelastungen durchgeführt. Modelle zur Schichtabscheidung und Verknüpfung von Prozessparametern mit funktionalen Schichteigenschaften werden entwickelt. Damit werden Strategien für Prozessregelung und Qualitätssicherung zielführend erarbeitet, notwendige Anlageneigenschaften definiert und in die Industrieanlagen der Verbundpartner überführt. Da die zu entwickelten Technologien und Verfahren nicht auf die hier relevanten Produktgruppen beschränkt sind, besteht ein breit es Anwendungspotential, das auch Patentierungen und Lizensierung einzelner Prozessschritte erlaubt. Die neuen Erkenntnisse dienen so einer Qualitätsverbesserung und einer Erweiterung der Produktpalette.

Teilvorhaben 2

Das Projekt "Teilvorhaben 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Robert Bosch GmbH durchgeführt. Die Schichteigenschaften werden bezüglich Verschleißbeständigkeit und Abstimmung auf das Substrat durch genaue und modellgestützte Kontrolle der Beschichtungsprozesse verbessert. Die Gestaltung optimierter Schichtfunktionen erfolgt durch gradierte Gefüge mit reduzierten Risslängen und -dichten und durch Druckeigenspannungen. Die Schichten und Grenzflächenbereiche werden metallografisch, mechanisch und tribologisch charakterisiert. Beanspruchungsanalysen werden zur Qualifizierung und für Lebensdauerberechnungen für Betriebsbelastungen durchgeführt. Modelle zur Schichtabscheidung und Verknüpfung von Prozessparametern mit funktionalen Schichteigenschaften werden entwickelt. Damit werden Strategien für Prozessregelung und Qualitätssicherung zielführend erarbeitet, notwendige Anlageneigenschaften definiert und in die Industrieanlagen der Verbundpartner überführt. Da die zu entwickelnden Technologien und Verfahren nicht auf die hier relevanten Produktgruppen beschränkt sind, besteht ein breites Anwendungspotenzial, das auch Patentierungen und Lizenzierung einzelner Prozessschritte erlaubt. Die neuen Erkenntnisse dienen so einer Qualitätsverbesserung und einer Erweiterung der Produktpalette.

Teilvorhaben: Hitzeschilde und Laufschaufeln

Das Projekt "Teilvorhaben: Hitzeschilde und Laufschaufeln" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Siemens AG durchgeführt. Der Wirkungsgrad von Gasturbinen wird durch die Werkstofftemperaturen heissgasfuehrender Bauteile begrenzt; intermetallische Phasen, (IP)-Werkstoffe auf Basis NiAl-Cr und NiAl-TaCr lassen eine betraechtliche Einsatztemperatur-Erhoehung moeglich erscheinen. Folgende Teilarbeitsschritte werden durchgefuehrt: Erstellung von Eigenschaftsprofilen der von den Verbundpartnern dargestellten IP-Legierungen (mechanische und physische Eigenschaften, Zeitstand-, Warmfestigkeitsbestimmungen, hierzu begleitend Metallographie, Mikroanalyse- Eigenspannungsmessungen und Machbarkeitsstudien: Darstellung von Hitzeschilden (Einzelkomponenten des Innengehaeuses stationaerer Gasturbinen) aus den ausgesuchten Legierungssytemen; nachfolgend (Meilenstein) von Leitschaufeln- Testlauf der Komponenten in Gasturbinen (Prueffeld, Kraftwerk). Schluesselwoerter: Energiewandlung, Gasturbinenbau; intermetallische Phasen NiAl-TaCr, NiAl-Cr, Schmelz-/Pulvermetallurgie, Treibstoffeinsparung, Luftreinhaltung.

Teilvorhaben 2

Das Projekt "Teilvorhaben 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von H-O-T Servicecenter Schmölln GmbH & Co. KG durchgeführt. Ziel des Teilprojektes ist es, mit der Beschichtung von Druckgießformen für AlMgX-Legierungen Erkenntnisse über sinnvolle Schichtsysteme zu gewinnen, die die Standzeit von Druckgießwerkzeugen auf das Niveau der Standzeit bei der Verwendung herkömmlicher Stahl-Legierungen bringen. Der Arbeitsplan beinhaltet, ausgehend von einer Dokumentation des derzeitigen Standes der Technik bei Oberflächenbehandlungen für Druckgussformen, grundlegende Arbeiten zur Oberflächenbehandlung und die Beschichtung dieser Formen. Nachdem mit der Beschichtung und metallographischen Untersuchung von Probekörpern eine Auswahl geeigneter Schichtsysteme getroffen wird, werden die Gussformen beschichtet. Die anschließenden Gießversuche werden begleitet, um den Einfluss der Oberflächenbehandlung auf die Gussformen verifizieren zu können und bei auftretenden Problemen Unterstützung zu bieten. Die industriellen Projektpartner verfügen über ein umfangreiches Know-how im Bereich der Gießereitechnik, der Werkzeugwerkstoffe, der Werkzeugfertigung sowie der Beschichtungstechnologie. Für die geplante Verwertung der Projektergebnisse in Form innovativer Druckgießformen besitzen die Partner den entsprechenden Marktzugang.

Darstellung und Quantifizierung des Versagensablaufs rissbehafteter Mischnaht-Schweißverbindungen

Das Projekt "Darstellung und Quantifizierung des Versagensablaufs rissbehafteter Mischnaht-Schweißverbindungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Stuttgart, Otto-Graf-Institut, Materialprüfungsanstalt durchgeführt. Das Ziel des beantragten Forschungsvorhabens ist die Entwicklung eines abgesicherten und verifizierten schädigungsmechanischen Berechnungs- und Bewertungsverfahren zur Beurteilung des Versagensverhaltens angerissener Mischschweißnähte. Zur Werkstoffcharakterisierung werden Rohrleitungsmischnähte (1.4550/20MnMoNi5-5) mit Nickelbasispufferung und Nickelbasisverbindungsnaht beschafft. Aus den Nähten werden Zug- und Bruchmechanikproben entnommen und geprüft. Die Abklärung der Vorgänge im Gefüge bei der lokalen Rissinitiierung und -ausbreitung erfolgt durch metallographische und fraktographische Untersuchungen. Die einzelnen Gefüge- bzw. Werkstoffbereiche werden schädigungsmechanisch modelliert und ein Netzgrößen-unabhängiges Schädigungsmodells ertüchtigt. Die Validierung des Schädigungsmodells erfolgt mit Hilfe der experimentellen Untersuchungen. Anhand der Untersuchungen wird eine Systematik zur Vorhersage der Entwicklung des stabilen Risswachstums in Abhängigkeit vom Schweißnahtaufbau abgeleitet. Die Ergebnisse werden in Vorträgen und Publikationen veröffentlicht und in Regelwerksgremien vertreten. Dadurch finden sie Eingang in industrielle Anwendungen.

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