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TU Berlin

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FORUM

Lehrstuhl für Kontinuumsmechanik und Materialtheorie an der Technischen Universität Berlin

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Projektbeschreibung

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Kontinuumsmechanik und Materialtheorie - Darstellung  

Als Grundlage für materialtheoretische Konzepte dient die Kontinuumsmechanik in vielen Bereichen der Industrie, bis hin zur Mikroelektromechanik und Mikrosystemtechnik als ein Baustein zur Berechnung und letzten Endes zur Auslegung von Bauteilen und deren Produktionsprozessen. Fügen und Beschichten führt zu einem zunehmend komplexeren Zusammenspiel von Materialpaarungen, Temperaturbehandlungen, Belastungsfällen und Lastzyklen, bis hin zu lokal veränderten Materialparametern. Das Beherrschen und fortlaufendes Weiterentwickeln dieses modernen werkstoffwissenschaftlichen Know-Hows ist auch für kmU (klein- und mittelständige Unternehmen) von großer Bedeutung, und soll mit dem Projekt „Forschungs- und Anwendungszentrum Füge- und Beschichtungstechnik (FORUM)“ eine Plattform erhalten. Insbesondere regionale Unternehmen aus Berlin/Brandenburg sollen von der Positionierung des Projekts profitieren. Darüber hinaus bietet das Zentrum die Möglichkeit zur Akquisition national und international geförderter Drittmittelprojekte. Seit 2012 arbeitet in diesem Rahmen das Drittmittelforschungsprojekt MU 1752/33-1 der DFG (Deutschen Forschungsgemeinschaft). Im FORUM kommen im Bereich der Kontinuumsmechanik und Materialtheorie folgende Verfahren zum Einsatz:    
 
Mikro-Ramanspektroskopie
 
Mit der Mikro-Ramanspektroskopie und der AFM-integrierten Mikro-Ramanspektroskopie steht unter dem Institut für Mechanik am Lehrstuhl für Kontinuumsmechanik und Materialtheorie (LKM) eine Messapparatur zur Verfügung, welche mit Hilfe von inelastisch gestreutem, monochromatischem Licht, Aussagen über Verspannungen in Festkörpern erlaubt, und zwar zerstörungsfrei. Dazu kann für die Manipulation von Kleinstproben eine Kombination mit dem integrierten Atomkraftmikroskop genutzt werden. Die mit der konventionellen Mikro-Ramanspektroskopie erreichte Ortsauflösung sogenannter Spannungstensorkomponenten liegt im Bereich von einem Mikrometer. Durch optische Fokussierungslinsen wird dabei ein Laserstrahl bestimmter Anregungswellenlänge auf eine Probenoberfläche fokussiert und das rückgestreute Licht über ein Spektrometer mit einer CCD Kamera digitalisiert und analysiert. Eine spektrale Verschiebung der Ramanbanden des Rückstreulichtes tritt dann auf, wenn das Material unter Spannung ist. Man spricht vom „Morphic Effect“, welcher über ein Gleichungssystem von Schwingungsdifferentialgleichungen für die Phononenschwingungen im Kristallkoordinatensystem beschreibbar wird. Durch einen Intensitätsverlust nicht aktiver Polarisationsrichtungen der Phononen bietet die Ramanspektroskopie zudem die Möglichkeit die Orientierung eines Kristallgitters im untersuchten Bereich zu bestimmen.
     
Atomkraftmikroskopie      
 
Bei der AFM- (Atomkraftmikroskopie-) integrierten Mikro-Ramanspektroskopie wird eine besondere Spitze (genannt: Cantilever) in einem konventionellen laser-reflektiven Atomkraftmikroskop betrieben, um die zu untersuchende Mikrostruktur in definierter Weise mechanisch zu belasten und parallel mit Hilfe des Rückstreulichtes auf eine dabei entstehende Verspannung im Material zu untersuchen. Im sog. „Force-Mode“ können gezielt Kräfte im Mikronewtonbereich appliziert und Auslenkungen des Cantilevers im Nanometerbereich gemessen werden. Statische, sowohl als auch dynamische Experimentierführung können dabei angewendet werden. Daraus lassen sich z. B. die Konstanten der Elastizität, der Plastizität oder der Viskosität für viele Materialien ermitteln. Im „Scan-Mode“ wird über eine Feedback-Schleife ein konstanter Abstand von einigen Nanometern zur Probenoberfläche eingestellt, um über laterale Scanbewegungen die Oberflächenbeschaffenheit des Probenausschnitts nachzubilden. Daraus lassen sich Materialparameter wie etwa die Rauheit bestimmen. Spezielle funktionalisierte AFM-Spitzen ermöglichen darüber hinaus, thermomechanische Materialparameter zu messen, wie etwa die Wärmeleitfähigkeit.             
Partner
Fachgebiet Füge- und Beschichtungstechnik
Fachgebiet für Kontinuumsmechanik und Materialtheorie
Fachgebiet Industrielle Informationstechnik
Technische Universität Berlin
Technische Universität Berlin
Technische Universität Berlin
Fakultät V Verkehrs- und Maschinensysteme
Fakultät V Verkehrs- und Maschinensysteme
Fakultät V Verkehrs-und Maschinensysteme
Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb
Institut für Mechanik
Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb
Univ.-Prof. Dr. rer. nat. Wolfgang H. Müller
Sekretariat PTZ 6
Pascalstraße 8-9
10587 Berlin
Sekr. MS2
Einsteinufer 5
10587 Berlin
Sekretariat PTZ 4
Pascalstraße 8-9
10587 Berlin
Darstellung des Fachgebietes
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