Mechanische Materialeigenschaften im Mikromaßstab

Meso- und Mikromechanik

Unter Verwendung selbst entwickelter Versuchsaufbauten und experimenteller Mechanik bestimmen wir Materialeigenschaften von Proben mit mindestens einer Abmessung im Mikrometerbereich. Somit können wir das Materialverhalten kleinster Komponenten ermitteln und lokale Materialeigenschaften von makroskopischen Bauteilen nach gezielter Probenpräparation aus kritischen Bereichen bestimmen. Dies dient der Verbesserung existierender Materialmodelle, dem Entwurf von Metamaterialien sowie der Aufdeckung von Größeneffekten, die bei Probenabmessungen im Bereich von Mikrostrukturgrößen häufig auftreten.

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Leistungen

Themen

Leistungen

Experimentelle Mechanik vom Mikrometer- zum Millimeterbereich

Konzeption und Durchführung mikromechanischer Versuche (inkl. Probenpräparation)

Lebensdauermodelle unter Berücksichtigung von Größeneffekten

Entwicklung mechanischer Metamaterialien

Sensorik: neuartige Kraftmesszellen, optische Dehnungsmessung

Prozessoptimierung z.B. durch statistische Versuchsplanung und neuronale Netze

Messtechnik / Softwareentwicklung

Themen

 

Mechanische Untersuchungen an Mikroproben


Um Materialeigenschaften bei kleinsten Abmessungen bestimmen zu können, nutzen wir spezielle Testaufbauten. Beispielsweise untersuchten wir das Ermüdungsverhalten 200 µm dünner Stege von Elektroblechen, die in Elektroantrieben für Automobile Verwendung finden. Die Versuchsaufbauten entwickeln wir kontinuierlich weiter, vom mechanischen Aufbau über die Dehnungsmessung ...

 

Detektion von Ermüdungsschädigung noch vor der Rissbildung

 

Mit einer Resonanzermüdungsapparatur für Mikroproben (ca. 200 µm dick) detektieren wir Ermüdungsschädigungen in einem sehr frühen Stadium durch den Abfall der Proben-Eigenfrequenz. Durch Analysen im Rasterelektronenmikroskop an ermüdeten Nickelproben konnten gemessene Frequenzverschiebungen folgenden Schädigungsstadien zugeordnet werden: Extrusionsbildung, Rissbildung ...

 

 

 

Entwicklung von Nanostrukturen zur Erzeugung mechanischer Metamaterialien


Um mechanische Eigenschaften von Materialien gezielt zu entwerfen nutzen wir die dreidimensionale Nanolithographie. Dabei werden aus einem Fotolack fachwerkartige Strukturen mit einem Laser polymerisiert, welche Stegbreiten von nur 100 nm aufweisen können. Die Einheitszellen dieser Strukturen sind so konstruiert, dass sie in ihrer Gesamtheit die gewünschten mechanischen Eigenschaften aufweisen. Die im Bild dargestellte Struktur ist beispielsweise bei Druckbelastung bezogen auf ihr Gewicht extrem steif. Sie kann zur mechanischen Stabilisierung metallisch beschichtet und somit als Komponente in Dehnmesssensoren eingesetzt werden.

 

Prozessoptimierung


Im interdisziplinären Querschnittsthema der Prozessoptimierung befassen wir uns mit hochdimensionalen Optimierungsaufgaben aus Material- und Ingenieurwissenschaften, die mit Methoden der Informatik und Mathematik gelöst werden. Beispielsweise können wir die Parameter bei der optischen Dehnungsmessung im Rasterelektronenmikroskop mit wenigen Versuchen optimal einstellen. Zudem beschreiben wir komplexe ...

 

 

 

Publikationen zum Thema Meso- und Mikromechanik


Beiträge in Zeitschriften, Büchern und auf Konferenzen sowie Dissertationen und Projektberichte...