Jahresbericht 2006 - Fraunhofer · 2021. 1. 14. · Jahresbericht 2006 Fraunhofer-Institut für...

Jahresbericht 2006

Jahresbericht 2006

Fraunhofer-Institutfür Werkstoffmechanik IWM

Institutsteil FreiburgWöhlerstraße 1179108 FreiburgTelefon +49 (0) 7 61 / 51 42-0Telefax +49 (0) 7 61 / 51 42-1 10

Institutsteil HalleHeideallee 1906120 HalleTelefon +49 (0) 3 45 / 55 89-0Telefax +49 (0) 3 45 / 55 89-1 01

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»Schwung holen für die nächsten 35 Jahre«,unter diesem Motto haben wir im Mai 2006 das35-jährige Bestehen des Fraunhofer-Instituts fürWerkstoffmechanik IWM gefeiert. Es war beein-druckend, mit allen Mitarbeiterinnen und Mitar-beitern aus Halle und Freiburg gemeinsam eingroßes Fest zu begehen.

Professor Dieter Katzer ist im September 2006altershalber aus der Institutsleitung des Fraun-hofer IWM ausgeschieden. Er hat die rasanteEntwicklung des Fraunhofer IWM in Halle vonder Außenstelle mit 16 Mitarbeitern zum Insti-tutsteil mit 100 Mitarbeiterinnen und Mitarbei-tern maßgeblich mitgestaltet. Ihm sei an dieserStelle herzlich für seinen unermüdlichen Einsatzgedankt. Ein wirklich großes Abschiedsgeschenkhat er sich quasi selbst machen dürfen, als es ihmin seinen letzten Amtsjahren gelang, den Wegfür einen Institutsneubau in Halle frei zu machen.Dieser Neubau wird im ersten Halbjahr 2007bezogen werden.

Prof. Dr. Ralf B. Wehrspohn und Prof. Dr. Peter Gumbsch

Professor Ralf B. Wehrspohn kam als zweiterInstitutsleiter an das Fraunhofer IWM mit derVerantwortung für den Institutsteil in Halle. Erleitet dort in Personalunion den Universitätslehr-stuhl für mikrostrukturbasiertes Materialdesignin der Physik und erweitert das Themenspektrumdes Fraunhofer IWM um nanostrukturierteMaterialien und funktionale Nanostrukturen.Seine Kompetenzen kommen sowohl in derMikroelektronik, der Sensorik, der Photonik undder Photovoltaik als auch in dem Bereich derNanocomposite aus polymeren Werkstoffen zumTragen.

In Freiburg werden wir in der zweiten Jahres-hälfte 2007 mit den Bauarbeiten für unser neuesOberflächentechnikzentrum und unser neuesSimulationszentrum beginnen. Mitte 2006konnte hierzu bereits eine neue Mehrquellen-beschichtungsanlage in Betrieb genommenwerden. Diese erlaubt es, völlig neue Komposit-Schichtwerkstoffe herzustellen und damit auchneue Funktionalitäten zum Beispiel in denBereichen Optik und Medizintechnik zu reali-sieren.

Anfang Dezember 2006 gab die DeutscheForschungsgemeinschaft DFG bekannt, dassProfessor Peter Gumbsch für seine herausragen-den Forschungsleistungen auf dem Gebiet derVerformungs- und Bruchprozesse von Werk-stoffen den Gottfried-Wilhelm-Leibniz-Preis 2007der Deutschen Forschungsgemeinschaft erhaltenwird. Der Leibniz-Preis ist der renommierteste undhöchst dotierte Forschungspreis in Deutschland.Wir begreifen ihn auch als Auszeichnung dervielen Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter, die inden letzten Jahren an diesen Forschungsthemenmitgewirkt haben.

Das Fraunhofer IWM beschäftigt mit ProfessorHermann Riedel, der den Preis 1991 erhielt, undProfessor Peter Gumbsch jetzt zwei Leibniz-Preisträger. Dies ist für uns eine Bestätigungdafür, dass der Kurs, den wir eingeschlagenhaben, um Werkstoffmechanik – ausgehendvon der Mikrostruktur von Materialien auf dasVerhalten ganzer Bauteile zu schließen – voran-zutreiben und umzusetzen, Zukunft hat.

Nicht zuletzt ist der Preis ein Ansporn, unsereAktivitäten im Bereich der Multiskalenmaterial-modellierung, die wir vor vier Jahren aus derTaufe gehoben haben, mit Nachdruck fortzu-führen.

Unser Dank gilt unseren Kolleginnen undKollegen im Institut in Freiburg und Halle fürihr Engagement bei der Weiterentwicklung desInstituts sowie unseren Geschäftspartnern fürdas Vertrauen in unsere Arbeiten. Gleichzeitigmöchten wir Sie natürlich einladen, uns mitneuen Herausforderungen zu konfrontieren.

Eine interessante Lektüre wünschen

Prof. Dr. Peter Gumbsch undProf. Dr. Ralf B. Wehrspohn

Ausgewählte Forschungsergebnisse

Hochleistungswerkstoffe undTribosystemeVerschraubungstechniken für keramischeWerkstoffe

Preisgünstige Metall-Keramik-Verbund-werkstoffe für Anwendung im Leichtbau

Herstellung und Charakterisierung elektro-statisch gesponnener Vliese

Direktstrukturierte, netzwerkmodifizierteDLC-Schichten

Sicherheit und Verfügbarkeitvon BauteilenProbabilistische Bewertung von Rohr-leitungen unter thermischer Ermüdung

Werkstoffmodell und Parameteridentifikationzur Berechnung von Klebeverbindungenunter Crashbelastung

Komponenten der Mikrosystemtechnikund NanotechnologienMikrostruktur und Grenzflächenreaktionenvon bleifreien Lotwerkstoffen für neuemikroelektronische Bauelemente

Parameteridentifikation durch dynamischeMessungen an mikromechanischenStrukturen auf Waferebene

Zielpräparation nanoelektronischer Bau-elementstrukturen mittels FIB-Zweistrahl-technik

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Institutsprofil, Werkstoffmechanik

Geschäftsfelder, Auftraggeber undKooperationspartner

35 Jahre Fraunhofer IWM

3. Internationale Konferenz»Multiscale Materials Modeling«

Richtfest für den Neubau desFraunhofer IWM Halle

Kolloquium anlässlich der Verabschiedungvon Professor Dr. Dieter Katzerin den Ruhestand

Werkstoffmechanikpreis, gestiftet vonder PMG Füssen GmbH

Hugo-Geiger-Preis an Diplomandindes Fraunhofer IWM

Das Institut in Zahlen

Kuratorium des Fraunhofer IWM

Organisation und Ansprechpartner

Kernkompetenzen des Fraunhofer IWM

Werkstoff- und Bauteilcharakterisierung

Werkstoffmodellierung und Simulation

Grenzflächen- undOberflächentechnologie

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Inhalt

Werkstoffbasierte Prozess- undBauteilsimulationSimulation von keramischen Schaltungs-trägern

Rissbildung beim Ziehen von Wolframdrähten

Bestimmung von Spannungs-Dehnungs-kurven aus registrierenden Eindruckversuchenbei erhöhter Temperatur

Kritische Dicke für Ferroelektrizität von ultra-dünnen PbTiO3-Funktionsschichten

FIRE: Optimierung einfach gemacht

Wärmedämmende Fenster

Komponenten mit funktionalenOberflächenUltrapräzisionsdrehen von Formwerkzeugenzum Heißumformen optischer Gläser

Neue Beschichtungstechnologie zur Inline-Kombination verschiedener Quellentechnikenbei der Herstellung funktionaler Schichten

Präzisions-Warmformung optischerKomponenten

PolymeranwendungenMöbel aus Hanf-Compositen

Verbesserte Lebensdauerabschätzung vonKunststoffbauteilen

Entwicklung eines vitro-Versuchsmodell-systems zur Untersuchung der Penetrations-kompetenz pflanzenpathogener Pilze

Polymerverarbeitung im Fraunhofer-Pilot-anlagenzentrum für Polymersynthese und-verarbeitung PAZ

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Mikrostrukturbasierte BauteilbewertungProzesssicheres Elektropolieren

Eine neue Bohr- und Auswertestrategie zurBestimmung von Messunsicherheiten bei derEigenspannungsermittlung nach dem inkre-mentellen Bohrlochverfahren

Das Fraunhofer IWM in derFraunhofer-Gesellschaft:Kooperation und Vernetzung

Die Fraunhofer-Gesellschaft

Der Fraunhofer-VerbundWerkstoffe, Bauteile

Themenverbünde und Zentren

Gemeinschaftsforschung in derFraunhofer-Gesellschaft

Anhang

Personen, Ereignisse, Ausbildung

Seminare des Fraunhofer IWM

Projektübersicht

Mitarbeit in Gremien, Ausschüssen,Beratertätigkeiten

Veröffentlichungen in referierten Zeitschriften

Sonstige Veröffentlichungen

Veröffentlichte Konferenzbeiträge

Vorträge, Poster

Ausstattung Freiburg

Ausstattung Halle

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Institutsprofil Werkstoffmechanik

6 Fraunhofer IWM Jahresbericht 2006

Das Fraunhofer-Institut für WerkstoffmechanikIWM bestimmt und analysiert die Auswirkungenvon mechanischen und thermischen Beanspru-chungen auf die Eigenschaften von Werkstoffenund Bauteilen im Einsatz oder bei Fertigungs- undBearbeitungsvorgängen.

Die Kernkompetenzen des Instituts sind- Werkstoff- und Bauteilcharakterisierung,- Werkstoffmodellierung und Simulation,- Grenzflächen- und Oberflächentechnologie.

Diese werden projektbezogen für Forschungs-aufgaben genutzt, die zum Ziel haben, die Eigen-schaften der Werkstoffe und Bauteile für die imEinsatz auftretenden Belastungen optimal einzu-stellen und deren Leistungsfähigkeit möglichstvollständig auszuschöpfen.

Die Leistungen des Fraunhofer IWM umfassendie Werkstoffcharakterisierung und Bauteil-prüfung, die Modellierung von Werkstoffeigen-schaften unter verschiedensten Belastungen, dieSimulation von Bauteilen und Fertigungs-prozessen, die einsatzgerechte Beschichtung vonWerkzeugen und Bauteilen, Schadensanalysenund Verfahrensentwicklungen zur Formgebungund zum Trennen.

Die Kopplung der Mikrostruktur mit makros-kopischen Eigenschaften ist ein wesentlicherForschungsschwerpunkt.

Das Spektrum der in den Projekten behandeltenBauteile reicht von Mikrosensoren überMaschinenbauteile bis zu Kraftwerkskomponen-ten. Experimentelle und numerische Methodenwerden gleichermaßen eingesetzt.

Begreifen, was sich im Innern eines belastetenWerkstoffs abspielt, ist Grundvoraussetzung, umdas Entstehen und Wachsen von Schwachstellenwie Rissen, Fehlern oder Poren in Bauteilen zuerklären und – für die industrielle Praxis beson-ders wichtig – zu beeinflussen.

Werkstoffmechanik befasst sich mit der Frage,wie sich Werkstoffe in Bauteilen verhalten undwie sich die Eigenschaften von Werkstoffen inder Fertigung verändern. Sie ist entscheidend, umBauteile für den Einsatz bei extremen Tempera-turen oder bei hoher Verschleißbeanspruchung,um nur zwei Beispiele zu nennen, fit zu machenund deren Sicherheit und Lebensdauer zugewährleisten.

Neben der Bauteilbewertung unter Einsatzbe-dingungen kommt der werkstoffmechanischenBewertung des Fertigungsprozesses inzwischeneine entscheidende Rolle zu. In der Fertigungwird schließlich die Mikrostruktur des Werkstoffsfestgelegt, z.B. durch Umformen, Sintern oderGießen, dort werden die Eigenschaften derBauteiloberfläche beeinflusst, z.B. durch Bear-beitung oder Beschichtung. Letztendlich bestim-men die Fertigungsausbeute und die Herstell-barkeit eines neuen Produkts die Wirtschaft-lichkeit des gesamten Prozesses.

Geschäftsfelder Auftraggeber undKooperationspartner

Fraunhofer IWM Jahresbericht 2006 7

Die Projektbearbeitung im Fraunhofer IWMerfolgt in sieben Geschäftsfeldern:

- Hochleistungswerkstoffe und Tribosysteme,- Sicherheit und Verfügbarkeit von Bauteilen,- Komponenten der Mikrosystemtechnik und

Nanotechnologien,- Werkstoffbasierte Prozess- und Bauteil-

simulation,- Komponenten mit funktionalen Oberflächen,- Polymeranwendungen,- Mikrostrukturbasierte Bauteilbewertung.

Das Spektrum der Forschungs- und Entwick-lungsleistungen des Fraunhofer IWM umfasst- Machbarkeitsstudien, Beratungsgespräche,- bilaterale Industrieprojekte oder- die Koordination von größeren Projekten, an

denen mehrere Industriepartner beteiligt sind.

Der Zeitrahmen, in dem Projekte abgewickeltwerden, reicht von wenigen Tagen bei industri-ellen Schadensfällen bis zu mehreren Jahren beistrategischen Großprojekten.

Die öffentlichen Auftraggeber des FraunhoferIWM sind- das Bundesministerium für Forschung und

Technologie und das Bundesministerium fürWirtschaft und Arbeit,

- die Länder Baden-Württemberg und Sachsen-Anhalt,

- die Deutsche Forschungsgemeinschaft,- die Europäische Unionsowie viele Industrieverbände, Stiftungen oderandere Forschungsgemeinschaften.

Die industriellen Projektpartner des FraunhoferIWM kommen aus allen Bereichen, in denenWerkstoffe und Bauteile während der Herstellungoder im Einsatz besonderen Belastungen ausge-setzt sind:- Maschinen- und Anlagenbau,- Fahrzeugtechnik und deren Zulieferer,- Werkstoff- und Halbzeughersteller,- Mikroelektronik und Mikrosystemtechnik,- Photovoltaik,- Bio- und Medizintechnik,- Glas, Optik,- Polymertechnik.

35 Jahre Fraunhofer IWM

Am 9. Mai 2006 feierte das Fraun-hofer IWM in Freiburg sein 35-jährigesJubiläum und damit 35 Jahre Instituts-geschichte, seit denen das FraunhoferIWM am FuE-Markt erfolgreich aktivist. So kamen zahlreiche Mitarbeiterin-nen und Mitarbeiter aus Freiburg, dieKolleginnen und Kollegen aus Halle,ebenso Projektpartner und viele Ehe-malige, insgesamt 280 Gäste, um aneinem munteren Festakt teilzunehmen.

Neben dem Institutsgeburtstag gab esviele weitere Gründe zum Feiern: dieÜbernahme der Institutsleitung durchProfessor Peter Gumbsch vor 5 Jahren,den 70. Geburtstag des ehemaligenInstitutsleiters Professor Erwin Sommerund den 60. Geburtstag von Dr.Thomas Hollstein, Leiter des Instituts-teils Freiburg. Indes blickte das IWM inHalle seinem 15-jährigen Bestehenentgegen – kurz zuvor war ProfessorRalf B. Wehrspohn als zweiter Instituts-leiter für das Fraunhofer IWM gewon-nen worden. Der Festtag gab auchGelegenheit für die Vorstellung deskürzlich erschienenen Buches vonProfessor Erwin Sommer zur Ent-stehung und Entwicklung desFraunhofer IWM.

Die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiteraus Freiburg und Halle hatten ingrößeren und kleineren Kreisen zahl-reiche Programmpunkte vorbereitetund amüsant inszeniert, so dass sichder Programmteil zu einer kurzweili-gen Show entwickelte. Mit dabeiwaren »Der beste Werkstoffmech-aniker aller Zeiten«, »Das BadnerLied«, eine »GALA-Sonderausgabezum IWM-Jubiläum« sowie ein werk-stoffmechanisches »Titanic-Quiz«.

Die Band Bre-Men lieferte den musika-lischen Rahmen und lockte die Gästezwischen den Programmpunkten aufsTanzparkett.


IWM-Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter beimJubiläumsfest

Wie das Institut vor 35 Jahren ent-stand, wie es sich entwickelte undwelch tragende Rolle es heute in derangewandten Werkstoffforschungin Deutschland einnimmt, darüberschreibt der ehemalige Leiter desFraunhofer IWM Erwin Sommer inkurzweiliger Manier. Neben technisch-wissenschaftlichen Aspekten behandeltder Autor das vielschichtige Engage-ment der daran beteiligten Menschen.

Schon die Gründung des FraunhoferIWM erwies sich als schwere Geburt:»Es wurde nicht wie üblich durchübergeordnete Gremien gegründet,sondern entstand durch verschiedeneGegebenheiten, quasi durch Fügung,Zwang und Neigung«, erinnert sichSommer. Auch als das Institut bereitsin den Kinderschuhen steckte, gestal-tete sich die weitere Entwicklungschwierig. Das Institut konnte nichtauf den bequemen Zug riesiger Groß-projekte aufspringen, sondern mussteseine Ressourcen auf mehrere wissen-schaftliche Herausforderungen vertei-len. Rückblickend gesehen erweistsich aber gerade dieser Kraftakt alsgewinnbringend für das Institut, stelltes doch das Fundament dafür, dassheute ein breites Spektrum an Themenabgedeckt und für viele Bereiche nütz-liche Anwendungen erarbeitet werdenkönnen. Auf Grundlage der Bruch-mechanik ist so in den letzten 35Jahren ein erfolgreiches »Fitnesszen-trum mit Notfallpraxis« für technischeBauteile und Fertigungsprozesse ent-standen.

Erwin Sommer

Seine Ursprünge, seine Anfängeund seine historische Entwicklung

Das Fraunhofer-Institutfür Werkstoffmechanik IWM

Fraunhofer IRB Verlag

Erwin Sommer: »Das Fraunhofer-Institut fürWerkstoffmechanik IWM - Seine Ursprünge,seine Anfänge und seine historische Ent-wicklung«, Fraunhofer IRB Verlag, 176 SeitenISBN 3-8167-7085-1


Vom 18. bis 22. September 2006 tra-fen sich internationale Experten ausPhysik, Chemie, Material- und Ingeni-eurwissenschaften zur MMM 2006 inFreiburg. Nach den Konferenzen 2002in London und 2004 in Los Angelesgelang es dem Fraunhofer IWM, deninterdisziplinären Austausch zur ska-lenübergreifenden Beschreibung vonVeränderungen in Werkstoffen damitzum ersten Mal nach Deutschland zuholen.

In den Räumlichkeiten der UniversitätFreiburg und dort über neun Sympo-sien verteilt, konferierten die 350 Teil-nehmer aus 30 Nationen über die wis-senschaftlichen Fortschritte der jun-gen, innovativen Disziplin: Werkstoff-wissenschaftler und Mathematikermachten Vorschläge, wie sich dieunterschiedlichen Zeit- und Längen-skalen bei der Berechnung über-brücken lassen. Materialforscher stell-ten verschiedene Theorien vor, mitdenen sich das mikrostrukturelle Mate-rialverhalten verfolgen lässt. Anderewiederum lieferten statistische Ansätzefür unumkehrbare Deformationen.

Über die Symposien hinaus botenabendliche Dinners mit musikalischerBegleitung und optionale Ausflügein die Freiburger Umgebung einenfruchtbaren Rahmen für weitere Be-gegnungen zwischen den Fachkol-legen.

Für die industrielle Produktforschungund -entwicklung ist die MultiskalenMaterialmodellierung als Weiterent-wicklung herkömmlicher Simulations-methoden zum entscheidenden Nadel-öhr geworden.Die Industrie selbst kann mit ihrer HilfeEntwicklungskosten senken, maßge-schneiderte Werkstoffe entwickeln unddie Zuverlässigkeit von Produkten vor-hersagen und steigern.

Die nächste MMM-Konferenz findet2008 in Florida statt.

3. Internationale Konferenz»Multiscale Materials Modeling«


Richtfest für den Neubau des Fraunhofer IWM Halle

Der Neubau ist die Voraussetzungdafür, dass das Fraunhofer IWM seinerfolgreiches Wachstum in Halle weiterfortsetzen kann. Das Gebäude in derHeideallee wird weiterhin als Labor-und Bürogebäude genutzt.

Die Gesamtinvestitionssumme beträgt19,2 Millionen Euro, davon entfallen5,6 Millionen auf die Ausstattung mitForschungsgeräten. Der Neubau wirdmit finanzieller Unterstützung desEuropäischen Fonds für Regionalent-wicklung, des Bundesministeriumsfür Bildung und Forschung und desLandes Sachsen-Anhalt von der Fraun-hofer-Gesellschaft errichtet.

Am 28. April 2006 wurde die Richt-krone auf den Institutsneubau desFraunhofer IWM im Wissenschafts-und Innovationspark »weinberg cam-pus« gesetzt.Grußworte von Dr. Joachim Welz,Abteilungsleiter Wissenschaft imKultusministerium Sachsen-Anhalt,von Prof. Dr. Hans-Joachim Solms,Prorektor der Martin-Luther-UniversitätHalle-Wittenberg, und von Prof. Dr.Wolfgang Lukas, dem Geschäftsführerdes Technologie- und Gründerzentrumsals Vertreter der am »weinberg cam-pus« ansässigen Firmen, begleitetendie Eröffnung.Prof. Dr. Dieter Katzer als Institutsteil-leiter schilderte die Entwicklung desInstitutes und der Architekt UdoLemke von Beeg-Geiselbrecht-LemkeArchitekten GmbH i. G. aus Münchendas Konzept und den Fortschritt desBaus.

Der Neubau befindet sich gegenüberdem derzeitigen Institutsgebäude inder Heideallee und soll im Frühjahr2007 bezugsfertig sein. Seine Haupt-nutzfläche umfasst 3200 m 2 und bie-tet Technika, Labore, einen Reinraumsowie Büros für ca. 80 Mitarbeiter.Zwei Drittel der geplanten Arbeits-plätze sind für wissenschaftliche Mitar-beiter vorgesehen.

Aufsetzen der Richtkrone unter musikalischerBegleitung am 28. April 2006.

Eingangsbereich des Neubaus und Ansicht vonSüden im November 2006

Ansicht des Neubaus von Westen, links derBaukörper des Technikums, rechts das Labor-und Bürogebäude im Juli 2006


Kolloquium anlässlich der Verabschiedung vonProfessor Dr. Dieter Katzer in den Ruhestand

Mit einem Kolloquium zur »Analytikund Metrologie in der Halbleiterindus-trie: Neue Prozesse, neue Materialien,neue Konzepte« verabschiedete dasInstitut zusammen mit Gästen ausWissenschaft und Industrie am 29.September 2006 Professor DieterKatzer in den Ruhestand.

Seit 1996 leitete Herr Professor DieterKatzer den halleschen Institutsteil desFraunhofer IWM. Mit viel Engagementund taktischem Gespür führte er denInstitutsteil zu seinem derzeitigen er-folgreichen Stand. Seinem Nachfolger,Professor Ralf B. Wehrspohn, hinter-lässt er ein wissenschaftlich und wirt-schaftlich erfolgreiches Haus mitderzeit 97 Mitarbeiterinnen und Mit-arbeitern und einem Gesamthaushaltvon 5,2 Millionen Euro. Nicht zuletztist sein Name auch mit dem Neubaudes halleschen Institutsgebäudes ver-bunden, für dessen Verwirklichungfinanzielle und politische Hürden zunehmen waren.

Der Kolloquiumsvortrag von HerrnDr. Ehrenfried Zschech, AMD Saxony,beleuchtete die neuesten Entwick-lungen auf dem Gebiet der Halbleiter-industrie und deren Bedarf an hoch-komplexer Analytik. Der Erforschungund Weiterentwicklung analytischerMethoden hatte sich Professor Katzerals Wissenschaftler leidenschaftlichgewidmet. Als einer der 16 Mitarbeiterbei der Gründung der kleinen Außen-stelle des Freiburger Fraunhofer IWMim Jahr 1992 brachte er damals mitseiner Arbeitsgruppe zur Halbleiter-Silicium-Technologie eine wichtigeGrundlage für den späteren Erfolg desInstituts ein.

Professor Dr. Jan-Hendrik Olbertz,Kultusminister des Landes Sachsen-Anhalt, unterstrich die Bedeutung deshalleschen Institutsteils für die Ent-wicklung von Forschung und Industriein der Region. Dr. Ulrich Buller, Vor-stand der Fraunhofer-Gesellschaft,würdigte die Entwicklung des Instituts-teils und Professor Katzers Leistungund verlieh ihm die Fraunhofer-Medaille. Die Oberbürgermeisterin derStadt Halle, Frau Ingrid Häußler, hobdie gelungene, gemeinsame Standort-suche für den Institutsneubau als Torzum »weinberg campus« hervor.Prof. Dr. Wilfried Grecksch, Altrektorder Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, verwies auf die engeKooperation mit dem Fraunhofer IWM,die auch die gemeinsame Berufungeines Institutsleiters und Lehrstuhlin-habers als Nachfolger Katzers ermög-lichte. Professor Peter Gumbsch cha-rakterisierte hintergründig und humor-voll die Leitung des Instituts in Halledurch Dieter Katzer. Zusammen mitProfessor Ralf Wehrspohn, der dieVeranstaltung moderierte, überreichteer Professor Katzer ein Handy als Sym-bol dafür, dass er mit dem Institut inKontakt bleiben und ihm weiterhinberatend zur Seite stehen möge.

Mit einem kleinen Fest und Rück-blicken mit Augenzwinkern von HerrnPetzold und Herrn Heilmann bot dieVeranstaltung bis in den späten Abendhinein Raum für Gespräche mit For-schungspartnern, ehemaligen Mitar-beitern und Kollegen. Eine Jazzbandund ein Kabarettist sorgten dabei fürkurzweilige Unterhaltung.

Fraunhofer-Vorstand Dr. Ulrich Buller überreichtHerrn Prof. Dieter Katzer die Fraunhofer-Medaille.

Kultusminister Olbertz und Frau Mushackvom Wirtschaftsministerium Sachsen-Anhaltgratulieren.

Herr Gumbsch und Herr Wehrspohnüberreichen das Abschiedsgeschenk.

Frau Katzer und Herr Sommer im Gespräch.


Werkstoffmechanikpreis, gestiftet vonder PMG Füssen GmbH

Für hervorragende wissenschaftlicheLeistungen auf dem Gebiet der Werk-stoffmechanik im Rahmen von Diplom-arbeiten und Promotionen beziehungs-weise für Arbeiten von besondereminnovativen Charakter wird anlässlichder Kuratoriumssitzung des FraunhoferIWM der Werkstoffmechanikpreis ver-liehen.Die drei nominierten Themen in 2006waren- Verbesserte Vorhersage der Rückfe-

derung bei der Blechumformungdurch weiterentwickelte Werkstoff-modelle (Dr. Andriy Krasowsky),

- Eigenspannungen bei lichthärtendenDentalkompositen (Christof Koplin),

- Mikromechanische Charakterisie-rung von Seidenproteinschichten(Frauke Junghans).

Der Werkstoffmechanikpreis 2006wurde an Christof Koplin verliehen.

Verbesserte Vorhersage der Rück-federung bei der Blechumformungdurch weiterentwickelte Werkstoff-modelle

Beim Blechumformen können mitFinite-Element-Programmen die Geo-metrie und die Eigenschaften des Bau-teils vorhergesagt werden und durchdie gezielte Variation der Prozesspara-meter und der Werkzeugform opti-miert werden. Eine hinreichendgenaue Simulation des Tiefziehpro-zesses einschließlich Rückfederung istvon großer Bedeutung, da damit Zeitund Kosten für die Entwicklung vonTiefziehwerkzeugen deutlich gesenktwerden können. In der Arbeit wurdeeine neuartige experimentell-numeri-sche Vorgehensweise zur Verbesserungder Rückfederungsvorhersage beiBlechumformungsprozessen vorge-stellt. Der Schwerpunkt lag auf einer

genauen Werkstoffcharakterisierungunter Berücksichtigung aller wichtigenAspekte, die beim Blechumformeneinen Einfluss auf die numerischenErgebnisse haben können.

Eigenspannungen bei licht-härtenden Dentalkompositen

Moderne Dentalkomposite müssenvielfältigen Ansprüchen genügen. Trotzlangjähriger Entwicklung führt diePolymerisationsschrumpfung des Aus-härtungsprozesses zu Eigenspan-nungen. Während der Materialent-wicklung muss immer wieder inschwierig zu interpretierenden Modell-experimenten die Eignung zum Rand-schluss einer Füllung untersucht wer-den und damit im Wesentlichen dieNeigung zu Sekundärkaries und post-operativer Sensibilität bestimmtwerden. Deshalb wurde ein Material-modell für Dentalkomposite ent-wickelt, das auf einer Kopplung vonexperimenteller und numerischerMethodik basiert. Auf diese Weisewurden die notwendigen Parameterbestimmt, mit denen der Spannungs-aufbau für beliebige Geometriensimuliert werden kann.

Mikromechanische Charakteri-sierung von Seidenproteinschichten

Durch die Kombination der mikrome-chanischen und der spektroskopischenCharakterisierung der neuartigenSeidenproteinschichten erarbeiteteFrauke Junghans im Rahmen ihrerDiplomarbeit erste Zusammenhängezwischen der Sekundärstruktur undden Materialeigenschaften (sieheBeitrag zum Hugo-Geiger-Preis).

Rotationssymmetrische Simulation einer ideali-sierten Zahnfüllung.


Hugo-Geiger-Preis an Diplomandin desFraunhofer IWM

gemessenen Bandbreiten ermitteltwerden. Die instrumentierten Eindring-prüfungen an Spinnenseidenprotein-schichten zeigten im Vergleich zutechnischen Polymeren (PEI, PET) umbis zu zwei Größenordnungen höhereelastische Eindringmodule und Mar-tenshärten. Damit weisen die mechani-schen Eigenschaften der künstlichenSpinnenseidenmembranen viel stärkerin die Richtung natürlicher Spinnen-fäden als die technischer Polymere.

Zu den potentiellen Anwendungengehören Implantatbeschichtungen, umBiokompatibilität und mechanischeEigenschaften wie Abrieb, Verschleiß-und Reißfestigkeit zu verbessern,Membranen wie z.B. sauerstoffperme-able Wundabdeckungen, aber auchSpezialtextilien.

Frauke Junghans ist derzeit Doktoran-din am Fraunhofer IWM Halle. Zielihrer Forschungen ist die Aufklärungdes Zusammenhangs zwischen denmikromechanischen Eigenschaften undder Struktur der Seidenproteine. DieIdee ist, einen Werkstoff nach Maßbiotechnologisch herstellen zu können.

Der Hugo-Geiger-Preis wird jährlichvergeben und würdigt hervorragende,anwendungsorientierte Diplomarbeitenoder medizinische Doktorarbeiten aufdem Gebiet »Life Sciences« und an-grenzender, zur Umsetzung erforder-licher Technologiefelder.

Aus den Händen vom Präsidenten derFraunhofer-Gesellschaft Prof. Dr. Hans-jörg Bullinger erhielt Frauke Junghansfür ihre Diplomarbeit zur »Mikrome-chanischen Charakterisierung von Sei-denproteinschichten« am 18. Oktober2006 auf der Jahrestagung der Fraun-hofer-Gesellschaft einen der dreidiesjährigen Hugo-Geiger-Preise derBayerischen Staatsregierung.

Im Leistungsbereich »BiologischeMaterialien und Grenzflächen« vonHerrn Heilmann und Herrn Spohnuntersuchte Frauke Junghans diewerkstoffmechanischen Eigenschaftenvon Schichten aus gentechnisch her-gestellten Spinnenseidenproteinen,die bei der Beschichtung von medizini-schen Implantaten wie etwa künstli-chen Gelenken zum Einsatz kommenkönnten. Sie arbeitete mit künstlichenSpinnenseidenproteinen von Dr.Thomas Scheibel vom Institut für Bio-technologie der Technischen Universi-tät München und von Dr. Udo Conradvom Institut für Pflanzengenetik undKulturpflanzenforschung Gatersleben.Die Erwartungen an künstlich herge-stellte Schichten und freitragendeMembranen aus Spinnenseidenprote-inen sind hoch, da natürliche Seiden-proteine annähernd die Reißfestigkeitvon Stahl erreichen, jedoch wesentlichdehnbarer sind – eine Kombination,die keine Kunstfaser aufweist.

Aus definierten Seidenproteinlösungenwurden durch Spincoating und Castingdünne Schichten und Membranen mithoher Reproduzierbarkeit hergestellt.Die werkstoffmechanischen Eigen-schaften der Membranen wurden mitakustischer Impedanzanalyse unter-sucht. Es wurde ein ideal elastischesVerhalten für Seidenproteinschichtenmit einer Dicke unter 300 nm festge-stellt, dickere Schichten hingegen wei-sen ein viskoelastisches Verhalten auf.Die Energiedissipation der Schichtenkonnte durch die Änderungen der

Der Präsident der Fraunhofer-Gesellschaft,Professor Hansjörg Bullinger, gratuliertFrauke Junghans.

Membran aus künstlich hergestellterSpinnenseide (Durchmesser 12 mm).

Das Institut in Zahlen


Der Haushalt des Fraunhofer IWM setzt sich zu-sammen aus einem Betriebshaushalt und einemInvestitionshaushalt.

Im Betriebshaushalt sind alle Personal und Sach-aufwendungen enthalten. Diese werden finan-ziert durch externe Erträge und institutionelleFörderung (Grundfinanzierung).Der Investitionshaushalt umfasst Normalinves-titionen, strategische Investitionen und Projekt-investitionen. Mit dem Institutsneubau in Halleverbundene Investitionen sind hier nicht erfasst.In 2006 wurden 1,9 Mio Euro investiert.

Der Betriebshaushalt ist weiter gewachsen. Erbeläuft sich (Ende 2006) auf knapp 15 Mio Euro.

Der Anteil der Industrieerträge zur Finanzierungdes Betriebshaushalts liegt bei 44 Prozent.

Ende 2006 waren am Fraunhofer IWM 223Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter beschäftigt,davon 148 in Freiburg und 75 in Halle.

2006 waren in Freiburg und Halle ingesamt 101Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler tätig,70 Ingenieure und technische Mitarbeiter und52 Beschäftigte im Bereich der Infrastruktur.

1999

Investitionshaushalt

Betriebshaushalt

20

Mio €

15

10

5

0

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006

1999

GrundfinanzierungErträge öffentlichErträge Industrie

16

Mio €

14

12

10

8

6

4

2

0

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006

2002

FreiburgHalle

Personal Freiburg, Halle

175

150

125

100

75

50

25

0

2003 2004 2005 2006

2002

Wissenschaftler

Ingenieure, technische Mitarbeiter

Infrastruktur

250

200

150

100

50

0

2003 2004 2005 2006

Mitarbeiterentwicklung

Kuratorium desFraunhofer IWM


Kuratoren

Dr. Rudolf Stauber (Vorsitzender)BMW Group, München

Prof. Dr. Christina BergerTechnische Universität Darmstadt

Dr.-Ing. Ingward BeyForschungszentrum Karlsruhe GmbHin der Helmholtz-Gemeinschaft,Eggenstein-Leopoldshafen

Dipl.-Ök. Wolfgang BöhmStaatssekretärKultusministerium des LandesSachsen-Anhalt, Magdeburgbis 31.12.2006

Dipl.-Ing. Siegfried GlaserGlaser FMB GmbH & Co. KG,Beverungen

Prof. Dr. Ulrich M. GöseleMax-Planck-Institut fürMikrostrukturphysik, Halle

Dr. Valentin GramlichKultusministerium des LandesSachsen-Anhalt, Magdeburgab 01.01.2007

MD Dr. Frank GüntertWirtschaftsministeriumBaden-Württemberg, Stuttgart

Dr. Roland LangfeldSchott Glas, Mainz

Prof. Dr. Detlef LöheTechnische Universität Karlsruhe

Prof. Dr. Ingrid MertigMartin-Luther-UniversitätHalle-Wittenberg

Dr. Christoph MühlhausDOW Olefinverbund GmbH,Merseburg

Prof. Dr. Rolf MühlhauptAlbert-Ludwigs-Universität, Freiburg

Dr. Lorenz SiglPMG Füssen GmbH, Füssen

Dr. Thomas WandZumtobel Staff GmbH, Dornbirn,Österreichbis 31.12.2006

Dr. Burkhard WördenweberVisteon Deutschland GmbH, Kerpenbis 31.12.2006

Organisation und Ansprechpartner


[email protected]

[email protected]

[email protected]

[email protected]

[email protected]@iwmh.fraunhofer.de

[email protected]

[email protected]

[email protected]

[email protected]

[email protected]

[email protected]

[email protected]

[email protected]

[email protected]

[email protected]

[email protected]

[email protected]

[email protected]

GeschäftsführenderInstitutsleiter

Institutsleiterund Leiter Institutsteil Halle

Leiter Institutsteil Freiburg

Stellvertretender LeiterInstitutsteil Halle

Marketing, Öffentlichkeitsarbeit

Hochleistungswerkstoffe undTribosysteme

Verschleißschutz, TechnischeKeramik

Verbundwerkstoffe

Biomedizinische Materialien undImplantate

Randschichttechnologien

Mikro- und Nanotribologie

Sicherheit und Verfügbarkeitvon Bauteilen

Anlagensicherheit, Bruchmechanik

Crashsicherheit,Schädigungsmechanik

Komponenten der Mikrosystem-technik und Nanotechnologien

Diagnose und Bewertung vonMikrosystemen

Mikromechanische Komponenten

Halbleitertechnologieund Diagnostik

Prof. Dr. Peter Gumbsch

Prof. Dr. Ralf B. Wehrspohn

Dr. Thomas Hollstein

Dr. Matthias Petzold

Thomas GötzClaudia Kästner


Dr. Andreas Kailer

Dr. Bärbel Thielicke

Dr. Raimund Jaeger

Dr. Wulf Pfeiffer

Prof. Dr. Matthias Scherge

Dr. Dieter Siegele

Dr. Dieter Siegele

Dr. Dong-Zhi Sun

Dr. Jörg Bagdahn

Dr. Matthias Petzold

Dr. Jörg Bagdahn

Frank Altmann

07 61 / 51 42-1 00

03 45 / 55 89-1 03

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Stand 01.01.2007


Werkstoffbasierte Prozess- undBauteilsimulation

Pulvertechnologie

Formgebungs- und Umform-prozesse

Hochtemperaturverhalten Metalle

Physikalische Werkstoff-modellierung

Kompetenzzentrum für Bauteil-simulation SimBAU

Komponenten mit funktionalenOberflächen

Trenntechniken, schädigungsarmeBearbeitung

Beschichtungen, Oberflächen-strukturierungen

Heißformgebung Glas

Polymeranwendungen

Polymerverarbeitung

Einsatzverhalten von Polymer-werkstoffen und Bauteilen

Biologische Materialien undGrenzflächen

MikrostrukturbasierteBauteilbewertung

Mikrostruktur- und Schadens-analyse

Ermüdungsverhalten,Eigenspannungen

Fraunhofer-Pilotanlagenzentrumfür Polymersynthese undPolymerverarbeitung, Schkopau

Freiburger Zentrum für crash-relevante Werkstoffcharak-terisierung crashMAT

Prof. Dr. Hermann Riedel

Dr. Torsten Kraft

Dr. Dirk Helm


Prof. Dr. Christian ElsässerPriv.-Doz. Dr. Michael Moseler

Dr. Winfried Schmitt

Dr. Günter Kleer

Dr. Rainer Kübler

Dr. Günter Kleer

Dr. Peter Manns

Prof. Dr. Ralf. B. Wehrspohn

Dr. Michael Busch

Prof. Dr. Peter Holstein

Prof. Dr. Andreas Heilmann

Dr. Wulf Pfeiffer

Dr. Simone Schwarz

Dr. Michael Luke

Dr. Michael Busch

Dr. Dieter Siegele

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Kernkompetenzendes Fraunhofer IWM


Werkstoff- und Bauteilcharakterisierung

Mit dem elektrostatischen Spinnprozess können Fasernim Submikrometerbereich gesponnen werden. Fürultra-dünne Fasern ist von Interesse, inwieweit derhohe Verstreckungsgrad der Fasern zu verbessertenmechanischen Eigenschaften führt. Diese Frage kannmit Einzelfaserprüfungen an den elektrostatischgesponnenen Fasern beantwortet werden. ImFraunhofer IWM wurde hierzu eine mikromechanischePrüfmaschine entwickelt. Die Faser wird zwischen zweibeweglichen Komponenten der Prüfmaschine einge-spannt. Durch die Bewegung der linken Komponentemittels eines Nadelmanipulators wird die Faser unterZugspannung gesetzt. Aus der Verschiebung beiderKomponenten, die mit den Nonien bestimmt wird, lassen sich die Dehnung der Faser und – über die»Federkonstante« der Anordnung – die auf die Faserwirkende Kraft ermitteln.

Mikrodruckversuch für die Werk-stoffprüfung an mikroelektroni-schen Bonddrahtkontaktierungen.Die Präparation der Proben mitDurchmesser 20 µm (rechts) erfolgtdabei mittels fokussierender Ionen-strahltechnik (FIB).


10 µm

10 µm


Die Werkstoffcharakterisierung umfasst nebender Ermittlung von globalen mechanischen, thermomechanischen und elektromechanischenKennwerten die quantitative Beschreibung vonReaktions-, Verformungs- und Versagensmecha-nismen in Korrelation zur Mikrostruktur und zustrukturellen Prozessen auf allen Größenskalen.Dabei werden auch lokal variierende Werkstoff-eigenschaften berücksichtigt. Die verschiedenenauf den Werkstoff einwirkenden Belastungenwerden messtechnisch erfasst, und die Grenzender Beanspruchbarkeit werden ermittelt. Fürmikroskalige Bauteile werden die Werkstoffstruk-tur und das Werkstoffverhalten bis in den Bereichder atomaren Auflösung mit mikroskopischen,mikroanalytischen und festkörperspektroskopi-schen Diagnoseverfahren beschrieben. DieTechniken werden für die Fehlerdiagnostik undSchwachstellenanalyse von höchstintegriertenSchaltkreisen und Bauelementen der Mikroelek-tronik, von Sensoren und Aktuatoren in derMikrosystemtechnik und von Mikrobauteilen eingesetzt. Ziele sind Abschätzungen zur Lebens-dauer und Betriebssicherheit von Bauteilen unterBerücksichtigung von Werkstoff, Fehlerzustand,Umgebungseinfluss und Belastung. Schadensana-lysen werden durchgeführt und Lösungen für dieSchadensvermeidung erarbeitet.

Aktuelle Weiterentwicklungen betreffen dieErweiterung der Möglichkeiten zur mehrachsigenBewertung von Werkstoffen und Bauteilen. Fürdie Charakterisierung und Ableitung von Stoff-gesetzen bzw. Versagenskriterien von dünnwan-digen Strukturen wurde ein Spannfeld zur Durch-führung großformatiger Biaxialversuche aufge-baut. Damit ist es möglich z.B. Steifigkeits-sprünge durch Material-Mix oder variierende

Wandstärken in Hybridstrukturen sowie Kombi-nationen von Fügetechniken in der Fahrzeug-technik oder im Maschinenbau zu bewerten.

Für kleinere Proben wurde die Methodik zur 3D-Verformungsmessung mittels ESPI (Elektronic-Speckle-Pattern-Interferometrie) und GWK(Grauwertkorrelation) optimiert. ESPI erlaubt eineberührungslose dreidimensionale Verformungs-bzw. Dehnungsanalyse bei kleinsten Deforma-tionen im sub-Mikrometerbereich, ohne dassMuster oder Messmarken am Bauteil angebrachtwerden müssen. Mittels dieses Verfahrens ist esmöglich, verborgene Fehler berührungslos zuerkennen. Ein anderes Einsatzgebiet liegt in derVermessung von dynamisch angeregten Piezo-bauteilen. Deren komplexes Deformationsver-halten kann flächenhaft bestimmt und somit fürden jeweiligen Anwendungsfall gezielt angepasstwerden.

Ansprechpartner

Dr. Michael LukeTelefon: 07 61 / 51 42-3 [email protected]

Dr. Matthias PetzoldTelefon: 03 45 / 55 89-1 [email protected]

Volumenelementnach Verformung

Werkstoffmodellierung und Simulation

Beim Ziehen von polykristallinenWolframdrähten für die Glüh-lampenproduktion treten im Drahtoft unerwünschte Risse, so ge-nannte Splits, auf. Diese hängenmit der Mikrostruktur und ihrerVeränderung beim Ziehen zusam-men. Um diese Effekte und ihreAuswirkungen näher zu studieren,werden die Verlängerung und dasVerdrehen von einzelnen Kristall-körnern mikromechanisch model-liert. Diese Möglichkeit, virtuell in den Werkstoff hinein zu schauen,erlaubt es, die beobachtete mikro-strukturelle Veränderung desMaterials zu verstehen. Damit sinddie Voraussetzungen gegeben, dieunerwünschte Splitbildung durchgeeignete Modifikation des Zieh-prozesses zu kontrollieren.

Die Mikrostruktur beeinflusst maßgeblich die Festig-keit von Polysiliciumstrukturen in der Oberflächen-mikromechanik. Es wurde eine Methode entwickelt,die es erlaubt, mit dem EBSD-(Electron Back ScatterDiffraction) Verfahren aufgenommene Gefügebilder(links unten) so umzuwandeln, dass die Korngeo-metrien und deren physikalische Eigenschaften auto-matisiert in Finite-Elemente-Simulationen einbezogenwerden. Es ist dadurch möglich, die Auswirkungen derKornstruktur auf die Festigkeit und Zuverlässigkeit derStrukturen zu untersuchen und Versagensvorgängemit Rissverläufen entlang den Korngrenzen nachzu-vollziehen.


RepräsentativesVolumenelement


Werkstoffgesetze und Schädigungsmodelle sinddie Grundlage für die Simulation des Einsatzver-haltens von Bauteilen und von Fertigungsprozes-sen. Die im IWM entwickelten Werkstoffgesetzebasieren auf atomistischen, mikromechanischen,phänomenologischen oder statistischen Konzep-ten und beschreiben das Verformungs-, Schädi-gungs- und Bruchverhalten der Werkstoffe unterverschiedensten Belastungen. Der Modellkatalogreicht von werkstoffphysikalischen Modellen zurBeschreibung von Keimbildungsprozessen übermikromechanische Modelle für duktile Schädi-gung von Leichtbauwerkstoffen, Sprödbruch-modelle für Stähle und Gusswerkstoffe, Kera-miken, Faserverbundwerkstoffe und Gläser bis zu Werkstoffmodellen für Verformungen unterCrash- und Kriechbedingungen oder zyklischerthermomechanischer Belastung. Bei Bedarf wer-den experimentelle Methoden zur Ermittlung derModellparameter weiterentwickelt. Nach Mög-lichkeit werden die Modelle mit quantitativenMikrostrukturanalysen abgeglichen. Die Struktur-Eigenschaftsbeziehungen werden abgeleitet undbewertet.

Die Simulation von Bauteilen liefert Aussagen zuderen Sicherheit und Lebensdauer und hilft beiAuslegung und Optimierung, beispielsweise vonCFK-Primärstrukturen im Flugzeugbau. Zuneh-mend wichtig sind die Bewertung und die Opti-mierung von Schichten und Schichtsystemen. Beider Crashsimulation führt die Anwendung von Versagensmodellen zu einer Steigerung derPrognosefähigkeit. Für die Crashsimulation vonBauteilen mit Fügeverbindungen werden Ersatz-modelle mit verschiedenen Versagenskriterienentwickelt. In der Mikrosystemtechnik und Mikro-elektronik werden Festigkeit und Zuverlässigkeitan belasteten Siliciumstrukturen, gebondetenGrenzflächen, dünnen Halbleiterkomponenten,elektrischen Kontaktierungen und an Mikro-gehäusen untersucht.

Die simulierten Herstellungsprozesse umfassenBearbeitungsschritte wie Umformen, Schneidenund Trennen, aber auch die Simulation der ther-momechanischen Werkstoffbeeinflussung durchdas Schweißen und die Wärmebehandlung. Inder Pulvertechnologie werden Matrizenpressen,Trocknen, Entbindern und Sintern simuliert. DieErgebnisse der Simulation fließen in die Aus-legung von Werkzeugen, die Prozessführung unddie Bauteilbewertung unter Einsatzbedingungenein. Durch die Simulation wesentlicher Elementeder Prozesskette unter Einbeziehung der Mikro-struktur kann die Entwicklung der Werkstoff-eigenschaften im Prozess berücksichtigt werden.So wird sowohl bei der Prozesssimulation selbstals auch bei der anschließenden Bauteilsimulationeine wesentlich größere Vorhersagegenauigkeiterzielt.

Neue Entwicklungen betreffen den Einsatz derDiskrete-Elemente-Methode zur Simulation desmechanischen Verhaltens von magnetorheologi-schen Flüssigkeiten und von pulvertechnologi-schen Fertigungsschritten, ein Modell für diethermomechanische Ermüdung von Gusseisen,sowie Verbesserungen an Modellen für Sintern,für Rissbildung bei Crash und Umformprozessenund für Einkristallplastizität.

Ansprechpartner

Prof. Dr. Hermann RiedelTelefon: 07 61 / 51 42-1 [email protected]

Dr. Winfried SchmittTelefon: 07 61 / 51 42-1 [email protected]

Dr. Matthias EbertTelefon: 03 45 / 55 89-1 [email protected]

Optische Komponenten für Sensoren und bildgebendeoptische Systeme im mittleren Infrarot wie z.B. Pyro-meter oder Nachtsichtgeräte werden bisher meist auskristallinen Materialien wie Germanium, Silicium oderZnSe durch spanabtragende Verfahren hergestellt.Durch replizierende Heißformgebungsverfahren kön-nen Linsen mit komplexen asphärischen Flächenkon-turen und diffraktiven Mikrostrukturen kostengünstigaus Chalkogenid-Spezialgläsern mit hoher Infrarot-Transmission bis 20 µm Wellenlänge in großen Stück-zahlen produziert werden. Die Formwerkzeuge dafürwerden mit Schichtwerkstoffen beschichtet.

Nanostrukturierte Polycarbonat-oberflächen können durch Heiß-prägen mit einem nanoporösenStempel erzeugt werden. Die soerzeugten Polymeroberflächenhaben antiadhäsive Eigenschaften.

Die Oberflächennachbehandlungvon Mikrofräsern (Durchmesser 0,5 mm) mit Ionenstrahlen führt zu einer Glättung der Hartmetall-oberflächen und damit zur Verbes-serung der Gebrauchseigenschaf-ten. Der Fräser hat einen Durch-messer von 0,5 mm, der Fräser-schaft von 3 mm.

Grenzflächen- und Oberflächentechnologie

Für die Strahlformung von Hochleistungsdiodenlasernund die Einkopplung der Laserstrahlung in Lichtleit-fasern für Anwendungen in der Materialbearbeitungwerden verschiedene mikrooptische Komponenten aus anorganischen Gläsern eingesetzt. Die wichtigsteKomponente dabei ist eine Zylinderlinse mit sehrgroßer numerischer Apertur und asphärischer Flächen-kontur. Solche Mikro-Zylinderlinsen können durchschnelle Heißprägeverfahren kostengünstig aus anor-ganischen Gläsern mit hohem Brechwert produziertwerden. Die Formwerkzeuge dafür werden auf Ultra-präzisionsmaschinen bearbeitet und für die Glasheiß-formgebung an Luft mit edelmetallhaltigen Schicht-materialien in hoher Glätte beschichtet.


1 µm

10 mm


Oberflächen, Randschichten und innere Grenz-flächen sind bei vielen Bauteilen oft die am höch-sten mechanisch beanspruchten Bereiche und dieTräger optischer, tribologischer und weitererFunktionen. Dieser herausragenden Bedeutungvon Grenz- und Oberflächen wird das IWM durchdie Entwicklung von neuartigen Beschichtungs-technologien, durch den zielgerichteten Einsatzmodernster Analysetechniken und durch dieAnwendung werkstoffmechanisch basierter bzw.funktionsorientierter experimenteller und theore-tischer Bewertungsverfahren gerecht.

Zur Veränderung und Herstellung von Ober-flächen und Randschichten bzw. der Optimierunginnerer Grenzflächen werden produktionstech-nisch relevante Verfahren entwickelt und einge-setzt. Es erfolgt eine umfassende festkörperanaly-tische Bewertung, die bis zu molekulardynami-schen Modellierungen der Anlagerung vonMolekülen auf den Oberflächen reicht. Zu denvorhandenen Möglichkeiten der Grenzflächen-optimierung zählen z. B. die selektive anodischeOxidation zur Herstellung nanostrukturierterOberflächen, die Abscheidung (funktionaler)Hartstoffschichten in reaktiven HF- und DC-Sputterprozessen, die plasmaunterstützte Ab-scheidung reib- und verschleißmindernder amor-pher Kohlenwasserstoffschichten und die Herstel-lung organisch-anorganischer Hybridschichten in unterbrechungsfreier inline-Technik. Durch

speziell für Polymerdünnschichten anwendbareBeschichtungs- und Oberflächenmodifizierungs-verfahren (dry and wet coating) können gezieltOberflächeneigenschaften wie Biokompatibilitätund Benetzbarkeit eingestellt werden.Zur Verfügung stehen weiterhin eine Reihehochmoderner PVD- und PECVD-Beschichtungs-anlagen, die zum Teil in einem Reinraum derKlasse 1000 integriert sind, und ein Kugelstrahl-labor zur mechanischen Randschichtbehandlung.

Ansprechpartner

Prof. Dr. Andreas HeilmannTelefon: 03 45 / 55 89-1 [email protected]

Dr. Frank BurmeisterTelefon: 07 61 / 51 42- 2 [email protected]

AusgewählteForschungsergebnisse

Wir danken unseren Projektpartnernfür die Bereitschaft, die aufgeführtenBerichte veröffentlichen zu dürfen.

Das Fraunhofer IWM arbeitet nacheinem Qualitätsmanagementsystem,das nach DIN ISO 9001:2000 zerti-fiziert ist.(Zertifikat DO3 / 2316 / 3361)



Kirsten Rieger

Daniela Eberl

Iyas Khader

Thomas Hollstein

Bärbel Thielicke

Bernhard Urich

Georg Konrath

Christoph Hormann

Raimund Jaeger

ChristofKoplin

VolkerSteier

RalfWesterheide

AndreasKailer

DominikJäger

MatthiasKönig

BernhardBlug

Christian Müller

Sven Meier

Monika Gall

Michael Grabovac

Achim Neubrand

Katrin Löffler

Dieter Ulrich

Ulrike Köster

TobiasZiegler

VerenaFuhr

MichaelDeissenbeck

Hochleistungswerkstoffeund Tribosysteme

Für moderne Materialien und diamantähnlicheBeschichtungen erschließt das Geschäftsfeldwettbewerbsrelevante neue Anwendungen undverbessert deren Gebrauchseigenschaften für diejeweiligen Einsatzbedingungen. Ziele sind Leis-tungssteigerungen oder neue Funktionen. Dazumüssen die auf den Werkstoff einwirkenden rele-vanten Belastungen genau ermittelt werden. Eineneue Werkstoff-Anwendungskombination erfor-dert zudem die genaue Kenntnis der Werkstoff-eigenschaften, die mit an die Praxisfälle ange-passten mechanischen, tribologischen und elek-tronenmikroskopischen Untersuchungsverfahrengemessen werden. Sie tragen den unterschied-lichen Beanspruchungssituationen (statische,dynamische oder wechselnde Belastung, korrosiveUmgebung, hohe oder tiefe Temperaturen) Rech-nung. Die Mehrzahl der Werkstoffe liegt momen-tan in einem weit entwickelten Stadium vor undkann in der Anwendung Vorteile bringen, wennderen Eigenschaften im System richtig genutztwerden und wenn nicht die Kosten der Bauteile,sondern die der Systeme im Vordergrund stehen.

»Unsere Ziele sind die Verbesserung des Einsatz-verhaltens, die Erhöhung der Lebensdauer durchangepasste Hochleistungswerkstoffe und dieSystemintegration keramischer Werkstoffe.«



Höchste Belastungen, Bauteile aus richtigen Werkstoffen, leistungsfähige Oberflächen

Abb. 1Spannungsverteilung bei unterschiedlichenGewindetypen (Schraubendurchmesser 10 mm).

Abb. 2Gemittelte Spannungen im Gewindegrund fürverschiedene Flankenwinkel.

AufgabenstellungKeramische Schraubverbindungen helfen, die Verwendung von Zusatz-stoffen (z.B. von Kleber) bei der Her-stellung von Gesamtsystemen zu ver-meiden und die positiven Eigenschaf-ten von Keramik wie hohe Härte,Steifigkeit, Korrosionsbeständigkeit,Hochtemperatur- oder Säurebeständig-keit zu nutzen.

VorgehensweiseMit 2D Finite-Elemente-Simulationwurde eine Schraubverbindung rotati-onssymmetrisch simuliert. ZwischenMutter und Schraubenkopf wurde eineKraft F angelegt. Die dabei auftreten-den Spannungen können, anders als in einem Metall-Keramik-Verbund, ineiner reinen Keramik-Schraubverbin-dung nicht durch plastische Verfor-mung abgebaut werden. Die Span-nungsüberhöhung im Gewindegrundkann zu Rissbildung und zum Versagender Verbindung führen. Durch dieVariation verschiedener Gewindepara-meter galt es, ein für Keramik geeig-netes Gewinde zu entwickeln.

Es wurden verschiedene Gewinde-formen simuliert und hinsichtlich derauftretenden maximalen Spannungenin Schraube und Mutter bei angenom-menen Belastungen analysiert. Punkt-lasten beim Rundgewinde oder Kerb-wirkungen durch die eckige Form des Trapezgewindes führen zu hohenSpannungen. Eine Alternative ist einmodifiziertes metrisches Gewinde, dessen parallele Kontaktflächen einenLinienkontakt und damit erheblichniedrigere Spannungen zur Folgehaben (Abb. 1).

Dieses Gewinde wurde mit verschiede-nen Flankenwinkeln ausgeführt. Diegeringsten Spannungen werden beieinem Flankenwinkel von ca. 70°erreicht (Abb. 2).

Auch die richtige Werkstoffkombina-tion hat erheblichen Einfluss auf dieSpannungsverteilung im Gewinde.Beim Einsatz bei hohen Temperaturenund von unterschiedlichen Werkstof-fen für Schraube und Mutter spielenvor allem die verschiedenen Ausdeh-nungskoeffizienten eine entscheidendeRolle, ob sich eine Kombination alsgünstig oder ungünstig erweist.

ErgebnisseDie bisherigen Ergebnisse zeigen, dasses möglich ist, Schraubverbindungenin reinen Keramikkomponenten zu rea-lisieren, und dass eine zielgerichteteAuswahl der Gewindeparameter unterBerücksichtigung späterer Einsatzfälledie Lebensdauer bereits entscheidendbeeinflussen kann. Die Fertigung vonKeramikgewinden bleibt dennoch sehraufwändig. An der Erprobung mögli-cher Herstell- und Bearbeitungsver-fahren für die optimierten Gewindearbeiten deshalb die PartnerinstituteIKTS und IPK mit.

Kirsten [email protected]

Leistungsbereich Verschleißschutz,Technische KeramikDas Spektrum der Arbeiten reicht vonder tribologischen Charakterisierungvon Werkstoffen, Schichten undSchmiermitteln bis hin zur Modellie-rung und Erprobung des Einsatzver-haltens von tribologisch belastetenBauteilen. Weitere Schwerpunkte sinddie Charakterisierung und Optimierungvon keramischen Werkstoffen undKomponenten.

AnsprechpartnerDr. Andreas [email protected]


Hochleistungswerkstoffe und Tribosysteme

45

50

60

50 55 60 65 70 75 80 85

70

80

90

100

mittlere Spannung in MPa

Flankenwinkel des Gewindes in Grad

Belastung 2500N bei einemKerndurchmesser des Gewindesvon 10mm

Verschraubungstechniken für keramische Werkstoffe



AufgabenstellungHerkömmliche partikel- oder faserver-stärkte Metall-Keramik-Verbundwerk-stoffe (oder MMC »metal matrix com-posite«) auf Aluminium- oder Magne-siumbasis besitzen attraktive tribologi-sche und mechanische Eigenschaften,welche im Gegensatz zu den unver-stärkten Leichtmetalllegierungen auchbei erhöhter Temperatur weitgehenderhalten bleiben. Wesentliche Hemm-nisse bei der weiteren Verbreitung die-ser Werkstoffklasse sind insbesondereder höhere Preis und mangelndeKenntnisse zur Zuverlässigkeit dieserWerkstoffe.

VorgehensweiseAm Fraunhofer IWM wird daher in Zu-sammenarbeit mit verschiedenen Pro-jektpartnern eine kostengünstige Vari-ante dieser Verbundwerkstoffe ent-wickelt und qualifiziert, welche durchInfiltration von preiswerten Keramik-preforms mit Aluminium- oder Magne-siumschmelzen in gewöhnlichenDruckgussmaschinen hergestellt wer-den (so genannte »Preform-MMC«).So können auch leicht Verbundwerk-stoffe hergestellt werden, welche nurdort lokal mit einem Keramikinsert ver-stärkt sind, wo die Anwendung dieserfordert.

WerkstoffentwicklungFraktographische Untersuchungen die-ser Werkstoffe zeigen, dass für hoheFestigkeitswerte der Preform-MMCeine vollständige und fehlerfreie Infil-tration der Keramikschäume wichtig,aber nicht alleine hinreichend ist. Eineentscheidende Rolle spielen auch einefein und homogen verteilte keramischeVerstärkungsphase und die feste An-bindung der metallischen an die kera-mische Phase. Bilden sich durch unge-eignete Herstellungsbedingungenschwache Metall-Keramik-Grenz-flächen wie in Abb. 1 aus, sinkt dieFestigkeit des Preform-MMC stark.

Qualifizierung der WerkstoffeEin wichtiger Bestandteil der durchge-führten Projektarbeiten lag auf derKennwertermittlung der Preform-MMCunter statischer und zyklischer Belas-tung sowie bruchmechanischen Unter-suchungen. Da Preform-MMC einer-seits spröd brechen, andererseits schonbei Dehnungen unter 0,2 ProzentAbweichungen vom linear-elastischenMaterialverhalten und eine Zug-Druck-Asymmetrie zeigen, konnte dabei nichtohne weiteres auf existierende Normenzurückgegriffen werden. Wird bei-spielsweise ein 4-Punkt-Biegeversuchgemäß der Norm ausgewertet, ergibtsich eine Bruchspannung von 470MPa. Berücksichtigt man dagegen dasnichtlinear-elastische Verhalten dieserWerkstoffe, zeigt sich, dass die wahreSpannung beim Bruch nur 365 MPabeträgt (Abb. 2).

FazitDie spezifische Festigkeit und Steifig-keit einfacher Al-Gusslegierungen(AlSi12) konnte durch das Eingießen inpreiswerte Keramikpreforms mit 60-70Prozent Porosität nahezu verdoppeltwerden. Auch die tribologischenEigenschaften der Gusslegierungenwurden deutlich verbessert.

Dr. habil. Achim [email protected]

LeistungsbereichVerbundwerkstoffeDie Aufgaben bestehen in der mecha-nischen Charakterisierung und inLebensdauervorhersagen von Verbund-werkstoffen und Werkstoffverbundenunter Einsatzbedingungen.

AnsprechpartnerDr. Bärbel [email protected]

Abb. 1Bruchbild eines Al2O3-Al-Verbundwerkstoffs mitniedriger Festigkeit und abgelösten Metall-Keramik-Grenzflächen (Pfeile).

Abb. 2Berechnete Spannungsverteilung in einerBiegeprobe bei Belastung. Links: rein eleasti-sches Materialverhalten angenommen; rechts:unter Berücksichtigung der Abweichungen vomrein elastischen Materialverhalten ergibt sicheine niedrigere maximale Zugspannung beimBruch.

Preisgünstige Metall-Keramik-Verbundwerkstoffe fürAnwendung im Leichtbau

100 µm

0%

0

10

10% 20% 30%

20

30

Dehnung

Spannung in MPa


AufgabenstellungHochporöse Materialien werden in derMedizintechnik z.B. im Tissue Enginee-ring als Trägermaterialien – so genann-te »scaffolds« – oder als Beschich-tungen von Implantaten verwendet, daZellen auf ihnen gut anwachsen. Vlies-stoffe sind für diesen Zweck gut geeig-net und werden bereits eingesetzt. DasFraunhofer IWM arbeitet zusammenmit dem Fraunhofer ISC an der Her-stellung und Charakterisierung vonFasern und Vliesen, die durch denelektrostatischen Spinnprozess herge-stellt wurden.

VorgehensweiseBeim »Elektrospinnen« werden mittelseines starken elektrostatischen FeldesFasern mit Durchmessern im Sub-Mikrometer-Bereich aus einer Polymer-schmelze oder -lösung gezogen. DieFasern werden auf einer geerdetenElektrode gesammelt, wo sie in derRegel ein ungeordnetes Vlies bilden.Werden die Fasern auf eine sich dre-hende Spindel gesponnen, erhält manröhrenförmige Vliese, die zum Beispielals scaffolds für Blutgefässe dienenkönnten. Die Vorzugsorientierung derFasern in diesen Vliesen kann durchdie Rotationsgeschwindigkeit der Spin-del eingestellt werden. Die Vliese, dieaus einem resorbierbaren, biokompa-tiblen Polymer (Poly-l-Milchsäure) her-gestellt wurden, konnten im Leistungs-bereich »Biologische Materialien undGrenzflächen« am Fraunhofer IWM inHalle mit Zellen besiedelt werden.Neben ihrer Biokompatibilität müssendie Vliese eine ausreichende und re-produzierbare mechanische Stabilitätaufweisen, damit ihre sichere Hand-habung gewährleistet ist. Daher wur-den Steifigkeit und Zugfestigkeit derVliese untersucht.

ErgebnisseAbb. 1 zeigt Ergebnisse erster Zellbe-siedlungsversuche auf orientierten undungeordneten Vliesen. Es ist eine


Abb. 2Zugversuche an Vliesen.Oben: Spannungs-Dehnungs-Kurven teilorien-tierter Vliese.Unten: Im Zugversuch gerissenes Vlies.

Wechselwirkung zwischen Zellwachs-tum und Orientierungsgrad der Vliesezu erkennen: in den gerichteten Vlie-sen orientieren sich die Zellen entlangder Vorzugsorientierung der Fasern.

Abb. 2 zeigt im oberen Teil die Span-nungs-Dehnungs-Kurven teilorientier-ter Vlies-Proben. Beim Erreichen desPlateauwerts von ca. 25 MPa setzt einEinschnüren der Fasern ein, welches inrasterelektronenmikroskopischen Auf-nahmen der gerissenen Vliese beob-achtet werden konnte. Sobald einReißen der Vliese bei ca. 25 ProzentDehnung erkennbar wird, fällt diegemessene Spannung ab. Ein bis zumVersagen geprüftes Vlies ist in Abb. 2unten dargestellt. Zugversuche anunterschiedlich stark orientierten Vlie-sen bestätigten, dass die mechani-schen Eigenschaften der Vliese maß-geblich durch deren Orientierungsgradbeeinflusst werden.

Zukünftige Forschungsaktivitäten wer-den sich auf die Untersuchung vonSpannungszuständen und von Trans-portvorgängen in elektrostatisch ge-sponnenen Vliesen richten.Langfristiges Ziel ist die Optimierungmechanischer und struktureller Eigen-schaften von Gerüstwerkstoffen fürmedizinische Anwendungen.

Leistungsbereich BiomedizinischeMaterialien und ImplantateSchwerpunkte sind die Zuverlässigkeitund das Einsatzverhalten biomedizini-scher Materialien und Implantate. ZurBewertung von Implantaten undWerkstoffen sowie zur Unterstützungihrer Entwicklung werden geeigneteExperimente und Simulationstechnikenentwickelt.

AnsprechpartnerDr. Raimund [email protected]

Herstellung und Charakterisierung elektrostatischgesponnener Vliese

Abb. 1Zellbesiedelungsversuche auf orientierten (oben)und ungeordneten (unten) PLLA Vliesen,Fraunhofer IWM Halle.

60 µm

200 µm

10 mm


Abb. 2DLC-Schichten mit Schuppenstruktur.

Abb. 1Rezipient und Plasma während des Beschich-tungsprozesses.

unterschiedlichste Schichtmorpholo-gien verwendet werden. In der Folgekönnen gezielt strukturierte DLC-Schichten erzeugt werden, die keinerVorstrukturierung des Substratesbedürfen (in situ-Strukturierung). ImNormalfall entstehen nano- und mikro-skalige Kugelkappenstrukturen. Unterbestimmten Prozessbedingungen sindauch Näpfchenstrukturen möglich.

ErgebnisseMittlerweile konnte gezeigt werden,dass durch die Strukturierung derOberfläche mit gleichzeitiger chemi-scher Modifizierung die Anhaftungvon Schmierstoffen gezielt und wir-kungsvoll beeinflusst werden kann.

Der große Spielraum an Prozesspara-metern bietet nicht nur die Möglich-keit, unterschiedliche Strukturen zuerzeugen, sondern es kann auch eineultra-glatte Oberfläche realisiert wer-den. Die Kugelkappenstrukturen kön-nen aber auch gerichtet abgeschiedenwerden, um weitere Funktionalitätenzu generieren. In Abb. 2 ist eineSchichtstruktur zu sehen, die für eine verbesserte Hydrodynamik vonSchmierstoffen beim Gleiten undWälzen sorgen soll.

Sven [email protected]

LeistungsbereichRandschichttechnologien Randschichten und deren Einsatzver-halten werden charakterisiert undbewertet. Die Randschichtfestigkeitvon spröden Werkstoffen wird durchKugelstrahlen und die Abscheidungvon diamantähnlichen Schichtengesteigert.

AnsprechpartnerDr. Wulf [email protected]

AufgabenstellungIn Anwendungen, in denen Schichtenbei Schmierstoffverlust oder ÜberlastNotlaufeigenschaften garantieren sol-len, müssen die Schichten zusätzlichdem geschmierten Normalbetrieb an-gepasst werden. Im einfachsten Fallbedeutet dies, dass die diamant-ähnlichen Kohlenstoffschichten (DLC)durch den Schmierstoff gut benetztwerden, um den Schmierspalt aufzu-bauen und eine Trennung der auf-einander bewegten Oberflächen zuerreichen.

Die Benetzbarkeit durch Medien kanndurch den Einbau netzwerkmodifizie-render Elemente verändert werden.Versuche, die Hydrodynamik und dieStabilität des Schmierfilms durch eineVorstrukturierung des Substrats bzw.eine nachträgliche Strukturierung derSchicht mittels MaterialabtragenderVerfahren zu verbessern (z.B. Lasern,Elektronenstrahlen und lithographi-schen Techniken), haben sich für geo-metrisch komplexe Bauteile aber nichtbewährt. Diese teuren Techniken sindauch nicht in der Lage, Strukturen imnanoskopischen Bereich zu erzeugen,oder schädigen die Schicht oder dasSubstrat.

VorgehensweiseAm Fraunhofer IWM wurde daher eineplasmaunterstützte Prozesstechnologie(PECVD) entwickelt, die eine getrennteSteuerung von inhärenten- und topo-graphischen Eigenschaften erlaubt(Abb. 1).

Durch diese neuartige Plasmaführungwird nicht nur die schleichende Ver-unreinigung der Anlage vermieden, sondern auch die Beherrschung unter-schiedlichster Plasmaparameterwährend der Deposition ermöglicht.Dadurch vervielfacht sich die Anzahlverwendbarer Prozessfenster. Diesekönnen nicht nur für hohe Schicht-raten bis 1 µm/min sondern auch für


Direktstrukturierte, netzwerkmodifizierte DLC-Schichten

10 µm


Volker Hardenacke

Manfred Hug

Silke Sommer

Denis Ivanov

Angelika Beyaz

Dieter Siegele

Clemens Fehrenbach

Jörg Hohe

Andrea Ockewitz

Thomas Seelig

Yves Sguaizer

Florence Andrieux

Viktoriya Varfolomyeyeva

Wolfgang Böhme

Phillipp Dietsche

Ram Kumar Krishnasamy

Igor Varfolomyeyev

Dieter Memhard

Josef Schüler

Dong-Zhi Sun


Die Bewertung der Sicherheit und Fehlertoleranzsowie des Verformungs- und Versagensverhaltensvon Bauteilen unter betriebsrelevanten quasistati-schen und schlagartigen Beanspruchungen istSchwerpunkt des Geschäftsfeldes. Zur Charak-terisierung der verschiedensten Werkstoffe undFügeverbindungen werden Proben- und Bauteil-experimente durchgeführt, die als Basis für rech-nerische Simulationen dienen. Spezielle Kompe-tenzen sind die Entwicklung, Implementierungund Verifizierung von Modellen zur Beschreibungdes Versagens von Metallen und Kunststoffen.

»Durch den kombinierten Einsatz von rechneri-schen Methoden und Experimenten bis zumBauteilversuch können problemorientiert verifi-zierte Konzepte abgeleitet werden, die für dieSicherheitsbewertung von Bauteilen eingesetztwerden. Die Palette der Anwendungen reicht vonSicherheitsnachweisen von Kraftwerkkomponen-ten bis zur Crashanalyse von Automobilen.«

Dr. Dieter Siegele

Sicherheit und Verfügbarkeitvon BauteilenSicherheits- und Lebensdauerbewertung, Crashverhalten,

Bruch- und Schädigungsmechanik

ErgebnisseAbb. 2 zeigt im oberen Teil die berech-nete Spannungsverteilung im kaltenStrang. Die maximale Beanspruchung(rot) tritt im Bereich mit den größtenTemperaturwechseln auf. Unter ab-deckenden Randbedingungen wird einAnriss bereits nach ca. 6 Jahren vor-hergesagt (unteres Bild). Mit probabili-stischen Ansätzen wird dagegen füreine Anrisswahrscheinlichkeit von 2,5Prozent eine Lebensdauer von ca. 30Jahren berechnet. Die wichtigsten Ein-flussgrößen sind dabei das Belastungs-kollektiv und die Wechselfestigkeit (S-N-Kurve) des Werkstoffs.

Die Ergebnisse zeigen, dass probabili-stische Ansätze bei stark streuendenoder unsicheren Randbedingungeneine deterministische Bewertung sinn-voll ergänzen und eine realistischeAbschätzung der Bauteilfestigkeitermöglichen.

Dr. Igor [email protected]

Leistungsbereich Anlagensicher-heit, Bruchmechanik Mit experimentellen und rechneri-schen Methoden insbesondere derBruch- und Schädigungsmechanik wirddas Werkstoff- und Bauteilverhaltenanalysiert und zur Bewertung derSicherheit und Verfügbarkeit vonKomponenten bewertet.

Ansprechpartner Dr. Dieter [email protected]


Sicherheit und Verfügbarkeit von Bauteilen

AufgabenstellungIm Rahmen eines europäischen For-schungsvorhabens wurde untersucht,bei welchen Belastungen es zu Schädi-gungen in Mischbereichen von Rohr-leitungen kommen kann und wie dieLebensdauer mit rechnerischen Metho-den vorhergesagt werden kann. EinProblem der rechnerischen Bewertungist dabei die große Unsicherheit dereingehenden Belastungsgrößen undWerkstoffkennwerte.

VorgehensweiseAm Fraunhofer IWM wurde ein T-Stückeiner Rohrleitung rechnerisch analy-siert, bei dem kaltes Medium horizon-tal in eine vertikale Leitung mit wär-merem Medium einspeist (Abb.1).Dabei kommt es in der horizontalenLeitung zu thermischen Fluktuationenmit hochfrequenten Temperatur-wechseln.

Aus Temperaturmessungen an dünn-wandigen austenitischen Rohren miteiner geringen, in Laborversuchenerzielbaren Temperaturdifferenz von∆T=95 °C wurden die thermohydrau-lischen Randbedingungen für den zuuntersuchenden Fall eines dickwan-digen T-Stücks (Wandstärke 10 mm,Außendurchmesser 59 mm, ∆T=250 °C) durch Skalierung abgelei-tet. Mit konservativen Annahmen einerkonstanten Temperaturamplitude undabdeckenden Werkstoffdaten wurde ineinem ersten Schritt eine deterministi-sche Analyse durchgeführt.

Im weiteren Schritt wurden sowohl die Belastungsparameter als auch dieWerkstoffeigenschaften statistisch aus-gewertet und durch entsprechendeLastkollektive bzw. Verteilungsfunk-tionen beschrieben. Mit einer Monte-Carlo-Simulation wurden daraus diejeweiligen Lastwechsel bis zum Anrissbzw. die Wahrscheinlichkeit einerAnrissbildung ermittelt.

Abb. 1T-Stück einer Rohrleitung mit kalter Einspeisung.

Probabilistische Bewertung von Rohrleitungen unterthermischer Ermüdung

1

UmfangsfehlerAxialfehler

0,0

Kumulierte Wahrscheinlichkeit

10 100 1000

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

Zeit zur Anrissbildung in Jahren

deterministischeVorhersage

Abb. 2Rechnerische Ergebnisse. Oben: Maximale Spannungen im kalten StrangUnten: Berechnete Anrisslastwechselzahl mitkonservativen deterministischen Randbeding-ungen und probabilistischen Ansätzen.

Kalte Strömung

Heiße Strömung

AufgabenstellungFür die Modellierung des Verformungs-und Versagensverhaltens von Klebver-bindungen unter Crashbelastung ergeben sich Fragen zur Simulations-methode, insbesondere in Bezug aufWerkstoffmodelle und effizienteErsatzmodelle, zur Ermittlung relevan-ter Materialdaten sowie zur Identifi-kation und Verifikation von Modell-parametern.

VorgehensweiseDie Klebstoffeigenschaften erfordernWerkstoffmodelle, die berücksichtigen,dass sich der Klebstoff unter Zugbean-spruchung plastisch dilatant verhältund dass das Verformungs- und Ver-sagensverhalten von Belastungsart undDehnrate abhängig ist; weiterhin istdas Fließen nicht assoziiert und kannnicht mit Standard-Werkstoffgesetzenbeschrieben werden. Abb. 1 zeigt dieFließfunktion des am Fraunhofer IWMentwickelten Werkstoffmodells fürKlebstoffe.

Für die Charakterisierung des Material-verhaltens von Klebstoffen sind Experi-mente an Substanz- und Verbundpro-ben erforderlich (Abb. 2).

Zur Parameteridentifikation wurdenExperimente bei unterschiedlichenDehn- bzw. Scherraten (Abb. 2) durch-geführt, ausgewertet und die Modell-parameter bestimmt. Eine Analyse derErgebnisse ermöglicht Schlussfolge-rungen für die Anwendung geeigneterProbenformen in der Crashsimulation.

ErgebnisseDer Einfluss der Dehnrate auf dasMaterialverhalten ist in Abb. 3 für Zug-beanspruchung veranschaulicht. BeiExperimenten an Substanzzugprobenwerden eine deutliche Zunahme derFließspannung mit der Dehnrate undeine Abnahme der Bruchdehnungbeobachtet. Eine mögliche Ursache fürdas Bruchverhalten liegt im Einfluss

von Dehnrate und Belastungsart aufdie Bildung von »Hohlräumen«, dieden Versagensvorgang und somit dieBruchdehnung beeinflussen.

Durch analytische und numerischeAnalysen von Experimenten unter Zug-, Druck- und Scherbeanspruchungkönnen die Parameter für das Kleb-stoffmodell ermittelt werden. Mit die-sen Parametern kann das Verhaltenvon Klebverbindungen mit Detail-modellen berechnet werden. Für Er-satzmodelle, wie sie für die Simulatio-nen im Gesamtfahrzeugmodell ver-wendet werden, ist eine weitere Kali-brierung der Materialparameter erfor-derlich.

Die Frage, ob Substanz- oder Verbund-proben zur Parameteridentifikationverwendet werden sollten, bedarfnoch weiterer Untersuchungen. Nebendem Vorteil der »klebschichtnahen«Materialcharakterisierung haben dieVerbundproben den Nachteil, dass mitihnen keine einachsige Zug- undDruckbeanspruchung realisiert werdenkann. Anhand von T-Stoßversuchenwerden die neuen Simulationsmodellevalidiert.

Dr. Dieter [email protected]

Leistungsbereich Crashsimulationund SchädigungsmechanikFür die Crashsimulation werden Werk-stoff- und Versagensmodelle ent-wickelt, implementiert und auf Bau-teile angewendet. Die Bewertung undSimulation der Tragfähigkeit von Fügeverbindungen ist ein wichtigerForschungsschwerpunkt.

AnsprechpartnerDr. Dong-Zhi [email protected]


Sicherheit und Verfügbarkeit von Bauteilen

Abb. 3Technische Spannungs-Dehnungskurven einesStrukturklebers für verschiedene Dehnraten.

Abb. 2Substanz- und Verbundproben zurParameteridentifikation.

Abb. 1Fließfunktion des IWM-Klebstoffmodells.

Dehnung

Nennspannung

Dehnraten

250 1/s

100 1/s

0,15 1/s

0,071 1/s

0,00071 1/s}

σ0

50

0Druck Zug σm

einachsigerZug

einachsigerDruck

quasistatisch

dynamisch

σe

Scherung

3

1 1

3

Mittelspannung

Vergleichsspannung

Werkstoffmodell und Parameteridentifikation zur Berechnung von Klebverbindungen unterCrashbelastung

Substanz-zugprobe

Verbund-zugprobe

Verbund-druckprobe

Scher-zugprobe

5 mm 10 mm 10 mm 25 mm


Christian Große

Frank Altmann

Michél Simon

Heiko Knoll

Lutz Berthold

Stephan Schönfelder

Ronny Gerbach

Heike Geritz

AndreasGraff

Michael Krause

Matthias Ebert

Christian Dresbach

Robert Klengel

Michael Bernasch

Sandy Bennemann

Jan Schischka

Jörg Bagdahn

Ralf Schäfer

FrankMuster

Ingeburg Schülke

Matthias Petzold

Kathrin Reinhardt


Das Geschäftsfeld entwickelt Verfahren zurFehlerdiagnostik und Schwachstellenanalysesowie zur mechanischen Prüftechnik und numeri-schen Simulation. Diese Verfahren setzt es für dieTechnologieoptimierung und Qualitätssicherungindustriell gefertigter Bauelemente der Mikro-elektronik, Photovoltaik und Mikrosystemtechnikein.

»Das zuverlässige Verhalten von mikroelektroni-schen Bauelementen, photovoltaischen Kompo-nenten und Mikrosystemen unter Belastung zusichern, erfordert das Beherrschen von mikro-strukturellen und werkstoffmechanischen Bewer-tungsverfahren bis in den atomaren Bereich hinein. Diese Kompetenzen bringen wir in die Zusammenarbeit mit unseren Industriepartnernein.«

Dr. Jörg Bagdahn

Komponenten derMikrosystemtechnik und

NanotechnologienNeue technische Einsatzfelder erschließen.

Technologische Prozessschritte und Materialeinsatz optimieren. Kosten senken durch erhöhte Qualität,

Ausbeute und Lebensdauer.

AufgabenstellungExtraflache Land-Grid-Array-Package-konzepte (XFLGA) sind eine attraktiveAlternative für hochintegrierte mikro-elektronische Bauelemente. Dabeikann die Chipkontaktierung im Ge-häuse (1st level interconnect) z.B.durch eine Au/Sn-Flip-Chip-Technikerfolgen (Abb. 1). Da Bleilote durchneue umweltfreundlichere Materialienersetzt werden müssen, erfolgt dieKontaktierung der verkapselten Bau-elemente mit Leiterplatten (2nd levelinterconnect) durch bleifreie Lote (z.B.SnAg3.5Cu0.7). Das Ziel der im Auf-trag der Industrie durchgeführten Un-tersuchungen bestand in der mikro-strukturellen Analyse möglicher Fehler-mechanismen als Beitrag zur Sicherungder Zuverlässigkeit der neuen mikro-elektronischen Bauelemente.

VorgehensweiseMittels Raster- und Transmissionselek-tronenmikroskopie (REM, TEM) wurdendie Festkörperreaktionen, insbesonderedie Bildung von intermetallischenPhasen und Defekten an den Grenz-flächen zwischen den Lotmaterialienund den verschiedenen Anschlussme-tallisierungen vor und nach Belas-tungstests analysiert. Die Präparationelektronenstrahltransparenter TEM-Lamellen erfolgte dabei direkt an denmetallografischen Querschliffen mittelsfokussierender Ionenstrahltechnik imlift-out-Verfahren (Abb. 2).

ErgebnisseDie Au/Sn-Flip-Chip-Verbindungen des1st level interconnects zeigten hoch-schmelzende und stabile Au5Sn-Pha-sen ohne Schädigung des Chip-Leit-bahnsystems. An der Grenzfläche zumNickel der Packagemetallisierung bil-dete sich eine unkritische ternäreNi3Sn2(Au)-Phase.

Die Lot-Grenzflächen im 2nd levelinterconnect zwischen Package undLeiterplatte wiesen bei Verwendung

Komponenten der Mikrosystemtechnik und Nanotechnologien


einer Ni/Au-Metallisierungsoberflächedes Substrates charakteristische Ni3Sn4-Phasen ohne erkennbare De-fektbildungen auf. Die TEM-Analysenzeigten im Bereich der Nickelmetalli-sierungen durch Ni-Ausdiffusion ent-standene phosphorreiche Gebiete mitNano-Defekten (Abb. 3). Auf Grundihrer kleinen Dimension werden sieallerdings nicht als Zuverlässigkeits-risiko angesehen. Bei Verwendungeiner Cu/OSP-Metallisierungsoberflächedes Substrates bildeten sich dagegenan beiden Grenzflächen Cu 6Sn5-,(Cu,Ni)6Sn5 und Cu3Sn-Phasen. Eskonnte jedoch selbst mittels höchstauf-lösender Analytik keine bzw. nur einesehr geringe Porenbildung festgestelltwerden.

Für die untersuchten Materialkombi-nationen und Belastungszustände isteine hohe Stabilität zu erwarten. DieseResultate sichern die positiven Ergeb-nisse der bei den Industriepartnerndurchgeführten Zuverlässigkeitstestsab. Derzeit werden von den Projekt-partnern mögliche Anwendungen desneuen XFLGA-Gehäusetypes in derAutomobilelektronik und Kommuni-kationstechnik evaluiert.

Sandy [email protected]

Leistungsbereich Diagnose undBewertung von MikrosystemenUm Qualität und Einsatzverhaltenmikroelektronischer Bauelemente zusichern, wird das Materialverhalten der für die Verbindungstechnik undSystemintegration eingesetzten Werk-stoffe mit leistungsfähigen Verfahrender Werkstoffanalytik und -prüfunguntersucht und bewertet.

AnsprechpartnerDr. Matthias [email protected]

Abb. 2Präparation einer TEM-Lamelle mit FIB lift-out-Technik in einem XFLGA-Querschliff.

Abb. 3TEM-Analyse phosphorreicher Gebiete mitNano-Defekten in der Grenzfläche Lot/stromlos-Ni-Schicht (Ni-P).

Abb. 1Schematische Darstellung eines XFLGA-Bauele-mentes mit interner Flip Chip Kontaktierung(1st level interconnect, A) verlötet mit einemBoard (2nd level interconnect, B).

Package

Si-Chip

Board

A

B

Mikrostruktur und Grenzflächenreaktionen von bleifreienLotwerkstoffen für neue mikroelektronische Bauelemente

200 µm

Ni

Ni-P

IMP

2 µm

20 µm

AufgabenstellungIm BMBF-Projekt »Par-Test« werdenVerfahren zur Qualitätsbewertung vonMikrosystemen in frühen Stadien derHerstellung entwickelt. Dabei werdenauf Waferebene mechanische Para-meter vorrangig durch Messen derdynamischen Eigenschaften der Struk-turen identifiziert. Es ist möglich, out-of-plane- und in-plane-Schwingungenbis in den Megahertz-Bereich zu mes-sen sowie die Topografie mit Weiß-lichtinterferometrie zu erfassen.Eine wichtige Problematik ist dabei daszerstörungsfreie Bestimmen der Dickevon Membranen, die durch isotropesoder anisotropes Ätzen oder durchRückschleifen von gebondeten Wafernerzeugt wurden. Membranen fürDrucksensoren, Mikrophone oder fürdie Mikrospiegelfertigung werden sohergestellt. Für eine industrielle Quali-tätskontrolle ist es notwendig, vari-ierende geometrische Parameter sowieEigenspannungen zu erfassen. Dieexemplarisch vorgestellten, nassche-misch geätzten, quadratischen Mem-branen einer Drucksensorstruktur sindcirca 20 µm dick und besitzen eineKantenlänge von circa 1mm.

VorgehensweiseDie Membranen wurden dynamischout-of-plane auf einem Waferproberder Firma Süss angeregt und miteinem Micro-System-Analyzer derFirma Polytec charakterisiert. MitFinite-Elemente-Modellen könnentheoretische dynamische Eigenschaftender Membranen bestimmt werden. EinBeispiel für eine zweite Eigenform beicirca 700 kHz zeigt Abb. 1.Da die Membrandicke unbekannt ist,wird sie durch einen Abgleich dernumerischen mit den experimentellenFrequenzen identifiziert.

ErgebnisseGemessene und identifizierte Mem-brandicken stimmen in der Regel gutüberein. Abb. 2 vergleicht die raster-

elektronenmikroskopisch an Quer-schliffen bestimmte Membrandicke,mit den aus der 1. und 2. Eigenfre-quenz identifizierten Werten. Es zeigtsich eine Abweichung zwischen experi-mentell bestimmter Dicke und vorher-gesagter Dicke von weniger als 2Prozent.

Das vorgestellte Verfahren ermöglichterstmals die zerstörungsfreie Bestim-mung geometrischer Parameter vonSiliciummembranen auf Waferebene.Dadurch können ungeeignete Chargenzu einem frühen Zeitpunkt der Ferti-gung, vor der kostenintensiven Weiter-verarbeitung aussortiert werden. Diebeteiligten Industriepartner des BMBF-Vorhabens evaluieren derzeit die Über-führung des Verfahrens in die industri-elle Qualitätssicherung. Am FraunhoferIWM Halle wird untersucht, ob sichdas Messsystem aus Micro-System-Analyzer und Waferprober auch fürandere mikromechanische Bauelemen-te einsetzen lässt.

Dr. Matthias [email protected]

Ronny [email protected]

Leistungsbereich MikromechanischeKomponenten Festigkeit und Zuverlässigkeit vonSiliciummikrosystemen, von waferge-bondeten Bauteilen sowie von dünnenHalbleitern werden bewertet und opti-miert.

AnsprechpartnerDr. Jörg [email protected]

Abb. 2Vergleich der aus Querschliffen ermittelten undder aus Frequenzen ermittelten Membran-dicken.

Abb. 1Simulierte und experimentell ermittelte zweiteEigenform einer Silicium-Drucksensormembran(Kantenlänge ca. 1mm) bei ca. 700 kHz.

19,5

aus 1. Eigenfrequenzaus 2. Eigenfrequenz

20

21

20,5 21,5 22,5 23,5

Gemessene Membrandicke in µm

19,5

20,5

21,5

22,5

23,5

22

23

Simulierte Membrandicke in µm



Parameteridentifikation durch dynamischeMessungen an mikromechanischen Strukturen aufWaferebene



Abb. 1REM-Abbildung einer TEM-Lamelle bei 6 kVBeschleunigungsspannung vor dem Heraus-trennen. Die Transmission der Elektronen ist jenach Material und Probendicke unterschiedlich.Abgebildet ist eine IC-Struktur mit einer M1-M2-Viakette mit Wolframplugs.

Abb. 2Experimentell bestimmter, für die Probendicken-bestimmung nutzbarer, Transparenzübergangs-bereich für vier Materialien bei verschiedenenBeschleunigungsspannungen.

01

10

Probendicke in nm

200 400 600 800 1000 1200

23456789

11121314151617181920

weiß schwarz

UB in kV

SiCu

WPtGaC

AufgabenstellungDie fortschreitende Miniaturisierungmikroelektronischer Bauteile undStrukturen stellt auch an die physikali-sche Fehlerdiagnostik ständig höhereAnforderungen. Bei den bildgebendenAnalyseverfahren geht der Trendimmer mehr von der Rasterelektronen-mikroskopie (REM) zur Transmissions-elektronenmikroskopie (TEM), die einehöhere laterale Auflösung bietet. UmBauteile mit TEM bewerten zu können,müssen elektronentransparente Probeneiner Zielstelle hergestellt werden. Eineetablierte und effektive Methode istdie Präparation einer TEM-Lamelle mitdem fokussierten Ionenstrahl (FIB).Hierbei sind die Navigation zur Ziel-stelle und das Heraustrennen einermöglichst dünnen, artefaktfreien Probewichtig für die detaillierte Analyse(Abb. 1). Für einen hohen Proben-durchsatz sind effiziente Methoden fürdie TEM-Probenpräparation gefragt.

VorgehensweiseIn einer Zweistrahl-Anlage kann derMaterialabtrag im Elektronenstrahlbildbeobachtet werden, um die Zielstellezu treffen, beidseitig elektronentrans-parent zu polieren und herauszutren-nen. Damit die Schädigung der TEM-Probe durch den Galliumionenstrahlmöglichst gering bleibt, werden niedri-ge Beschleunigungsspannungen ver-wendet. Auch bei geringen Ionenener-gien ist die Bildqualität hinreichend,um die TEM-Lamelle mit der Zielstelleim Endstadium der Präparation von geschädigten oberflächennahen Berei-chen zu befreien. Neben den Störun-gen auf der Oberfläche hat die Pro-bendicke einen entscheidenden Ein-fluss auf die Analyse- und Bildqualitätder TEM-Untersuchungen. Eine Kon-trolle geringer Probendicken schonwährend der Präparation mittels REM-Transparenz hilft, die Zielstelle optimalfür die TEM-Analyse vorzubereiten(Abb. 1). Für die Dickenkontrolle wur-de eine erhöhte Sekundärelektronen-

ausbeute eingesetzt, die durch dietransmittierten Elektronen verursachtwird. Die SE-Ausbeute wurde an keil-förmigen, homogenen Lamellen in Ab-hängigkeit von der Beschleunigungs-spannung und der Probengeometriebestimmt (Abb. 2).

ErgebnisseEinkristallines Silicium an den Seiten-flächen von TEM-Lamellen wird durchden Ionenstrahl beidseitig amorphi-siert. Durch eine Verringerung derBeschleunigungsspannung von 30 kVauf 2 kV kann die Dicke der amorphenSchicht von 20 nm auf 6 nm reduziertwerden. Durch diesen zusätzlichenArbeitsschritt, ohne die Probe aus derProbenkammer zu nehmen, kann dieQualität der TEM-Proben verbessertwerden. Für ausgewählte Materialiender Mikroelektronik kann über dieREM-Transparenz die Foliendicke schonwährend der Präparation bestimmtund überwacht werden.Durch die Endpolitur mit reduziertenIonenenergien und das Bestimmen derLamellendicke schon während derPräparation in der FIB lassen sich dün-ne und artefaktfreie Proben in einemArbeitsgang für die TEM-Analyse her-stellen.

Andreas [email protected]

Leistungsbereich Halbleitertech-nologie und DiagnostikDurch den Einsatz elektronenoptischerAnalyseverfahren können Defekte inintegrierten Schaltungen lokalisiertund ihre physikalische Ursache be-stimmt werden. Die Herstellung vonQuerschnitten hoher Qualität an denZielstellen ist eine wichtige Vorausset-zung für die moderne Fehleranalyse.

AnsprechpartnerFrank [email protected]

Zielpräparation nanoelektronischerBauelementstrukturen mittels FIB-Zweistrahltechnik

1µm


Christian Elsässer

Claas Bierwisch

Kersten Korn

Hermann Riedel

Michael Moseler

Thomas Seifert

Christoph Schweizer

Helgard Nisalke

Yakiv Brontfeyn

Manel Ripoll-Rodriguez

Alexander Butz

Ingo Schmidt

Björn Henrich

Andreas Wonisch

Mark Santer

Oleg Benevolenski

Jan Hülsberg

Thomas Hochrainer

Martin Tandler

Adham Hashibon

Gerhard Maier

Philipp von Hartrott

Jan M. Albina

Pekka Koskinen

Matthias Merzkirch

Michael Schlesinger

Winfried Schmitt

Tobias Rist

Baris Yazici


Ausgehend von industriellen Fragestellungen ent-wickelt das Geschäftsfeld Werkstoffmodelle,implementiert sie in Programme, baut die Mess-methoden zur Bestimmung der Modellparameterauf und simuliert damit das Bauteilverhalten undFertigungsprozesse.

»Unsere Stärke liegt in der engen Wechselwir-kung von Experiment und Simulation. Dadurchgelingt es, Bauteile präzise im Rechner abzubil-den, zu testen, weiterzuentwickeln und die ent-sprechenden Fertigungsprozesse zu verbessern.«


Werkstoffbasierte Prozess- und

Bauteilsimulation Kostensenkung, Zeitersparnis, Qualitätsverbesserung

durch numerische Simulation

Werkstoffbasierte Prozess- und Bauteilsimulation

AufgabenstellungDie Entwicklung in der Mikroelektronikverlangt nach immer dichter gepack-ten elektronischen Schaltungen mitimmer mehr Komponenten. Mit derLTCC-Technologie (LTCC: Low Tem-perature Cofired Ceramics) lassen sichpassive Bauelemente sowie Umkontak-tierungen platzsparend unterbringen.Dabei werden mit verschiedenen Me-tallisierungspasten bedruckte Keramik-folien übereinander gestapelt und zu-sammengesintert. In Hochfrequenzan-wendungen findet diese Technologieeine immer breitere Anwendung auf-grund der guten dielektrischen Eigen-schaften der Keramik.

Ein LTCC-Bauelement (Abb. 1) wird beirelativ niedrigen Temperaturen unter900 °C gesintert; dabei schrumpft dasMaterial und verdichtet sich. Problema-tisch sind die unterschiedlich starkenSchrumpfungen der Pasten und Sub-strate, die Spannungen und Verzügeim Bauteil verursachen können.

Durch numerische Simulation desSinterprozesses werden der Verzugund die kritische Spannung in einersolchen Schaltung vorhergesagt. Damitkann ein bestimmtes Schaltungslayoutschnell auf mögliche Probleme beimSintern untersucht werden, ohne dieHerstellung einer Reihe von Prototy-pen. Ziel ist die Simulation von LTCCsmit ihren integrierten oder auf derOberfläche befestigten elektrischenSchaltungselementen.

VorgehensweiseFür die Simulation des Sinterns mitfester oder flüssiger Phase wurdenmikromechanische Modelle, die dasVerformungs- und Verdichtungsver-halten beschreiben, entwickelt undimplementiert. In den bisherigen Ar-beiten wurde ein Flüssigphasen-Sinter-modell verwendet, das jeweils an dasSchwindungsverhalten von Paste undSubstrat angepasst wurde. Mit einer

Finite-Elemente-Simulation wurdedann das Verformungsverhalten be-druckter Einzelfolien simuliert, um die Modellanpassung weiter zu ver-bessern.

ErgebnisseAbb. 2 zeigt die Aufwölbung beimSintern, die durch den Schrumpfungs-unterschied zwischen Paste und Sub-strat entsteht. Der Vergleich mit Ex-perimenten zeigt eine gute Überein-stimmung. Die auf der Oberseite auf-gedruckte Metallisierung beginntfrüher zu schrumpfen als das Substrat.Dessen Seiten werden dadurch nachoben gekrümmt. Mit weiter steigenderTemperatur wird das Substrat weicherund sinkt nach dem Ende der Schrum-pfung der Paste nach unten. Währen-dessen schrumpft das Substrat nochweiter und die Aufwölbung kehrt sichum.

Die Kenntnis des zeitlichen Verlaufesdes Verzuges kann verwendet werden,um komplexe LTCC-Bauelemente zusimulieren. Entsprechende Arbeiten indirekten Industrieaufträgen laufen.

Kersten [email protected]

Leistungsbereich Pulvertechnologie Durch die Simulation pulvertechnologi-scher Prozessschritte soll der Entwick-lungsprozess von Bauteilen effizientergestaltet werden. Dazu werden nebenMaterialmodellen für Finite-Elemente-Programme Prozesssimulationen ent-wickelt sowie grundlegende theoreti-sche Untersuchungen zu den Prozes-sen durchgeführt, um die verwendetenModelle zu verbessern.

AnsprechpartnerDr. Torsten [email protected]

Simulation von keramischen Schaltungsträgern

Abb. 3Simulierter Leiterbahnlayer eines LTCC-Bauelementes.

Abb. 2Simulierte Aufwölbung einer mit Gold bedruck-ten quadratischen Einzelfolie während unter-schiedlicher Zeitpunkte beim Sintern.

Abb. 1LTCC-Bauelement (Kantenlänge 10 mm) (Foto: Micro Systems Engineering GmbH &Co.KG, Design EADS)




AufgabenstellungWolframdrähte für die Beleuchtungs-industrie werden in einem vielstufigenProzess auf eine Dicke von weniger als100 µm gezogen. Obwohl der Prozessseit Jahrzehnten etabliert ist, tretenhäufig Längsrisse, so genannte Splits(Abb. 1), auf. Diese Splits können sichüber große Distanzen entlang derDrahtachse ausbreiten. Sie beeinträch-tigen die weitere Verarbeitbarkeit.

In einem Projekt mit zwei Firmen soll-ten die Ursachen der Splits aufgeklärtwerden mit dem Ziel, Splits durch einegeeignete Prozessgestaltung zu ver-meiden.

VorgehensweiseZunächst wurde eine qualitative Ar-beitshypothese für die Längsrissbil-dung entwickelt, die mit den Betriebs-erfahrungen verträglich ist. Danachbreiten sich die Splits hinter einemZiehstein mit großer Geschwindigkeitin Ziehrichtung aus. Sie wachsen alsoim erkaltenden Draht, weil der Risswi-derstand dort wesentlich geringer istals in der heißen Umgebung des Zieh-steins. Treibende Kraft für die Rissaus-breitung sind nach dieser Hypothesedie Eigenspannungen, die beim Zieh-prozess entstehen.

Der erste Teil der Projektarbeiten be-fasste sich also mit der Bestimmungder Eigenspannungen. Diese wurdeneinerseits röntgenografisch gemessen,was bei den dünnen Drähten einegroße experimentelle Herausforderungdarstellt, und mit Finite-Elemente-Simulationen berechnet. Die Parameterdes verwendeten Chaboche-Modellswurden aus zahlreichen Zug- undDruckversuchen bestimmt. Besonderszu erwähnen sind Druckversuche bei den üblichen Ziehtemperaturen(ca. 1000 °C) an Drahtproben bis her-unter zu Dicken von 1 mm.

Der zweite Teil der Arbeiten befasstesich mit der Gefüge- und Texturent-wicklung beim Drahtziehen. Abb. 2zeigt die Kornmorphologie in gezoge-nen Wolframdrähten: die ursprünglichgleichachsigen Körner werden beimZiehen nicht nur in die Länge gezogen,sondern sie nehmen im Querschliffauch gewundene Formen an, einPhänomen, das als »grain curling«experimentell bekannt ist und das imProjekt durch Simulation erklärt undnachgebildet werden konnte.

Der dritte Teil der Arbeiten befasstesich mit der Werkstofffestigkeit unddem Risswiderstand. Hier wurde eineMethode entwickelt, den Risswider-stand in Drahtlängsrichtung in dünnenDrähten zu messen. Zudem wurdenFestigkeitsuntersuchungen auf atoma-rer Skala durchgeführt (Abb. 3).

ErgebnisseDie berechneten Eigenspannungen rei-chen aus, um den Risswiderstand zuüberwinden, so dass Splits hinter demZiehstein über große Distanzen wach-sen können. Die Ziehsimulation zeigtWege zur Reduktion dieser Eigenspan-nungen und zur Vermeidung derSplits.

Prof. Dr. Hermann Riedel [email protected]

Leistungsbereich Formgebungs- undUmformprozesse Umformwerkzeuge und -prozesse kön-nen mit Hilfe der numerischen Simula-tion wesentlich schneller und kosten-günstiger ausgelegt werden als durchVersuch und Irrtum. Dafür werdenGesetze zur Beschreibung des Werk-stoffverhaltens weiter entwickelt undauf industrielle Prozesse angewandt.

Ansprechpartner Dr. Dirk [email protected]

Abb.3Korngrenze in Wolfram auf atomistischer Skala(Finnis-Sinclair Potential Simulation), 15x7 nm,a) Blockade einer Versetzung durch die Korn-grenze, b) Bruch der Korngrenze

Abb. 2Grain curling in einem Wolframdraht a) imQuerschliff beobachtete Kornstruktur, b) miteinem Einkristallplastizitätsmodell simuliert

Abb. 1Querschliff eines Wolframdrahts mit Split.

Rissbildung beim Ziehen von Wolframdrähten

200 µm

50 µm



Abb. 1Versuchsaufbau des Eindruckversuches, darge-stellt ohne Suszeptor und Induktionsspule.

0,00

RT, Dehnrate 10-3

RT, Dehnrate10-4

175 °C, Dehnrate 10-3

175 °C, Dehnrate 10-4

0

100

0,01 0,02 0,03 0,04 0,05

20406080

120140

160

180

Dehnung in MPa

Dehnung

Abb. 2Für verschiedene Temperaturen und Dehnratenbestimmte Spannungs-Dehnungskurven.

Eindring-körper(Keramik)

Proben-körper

Extensometerstäbe

Unterstempel(Keramik)

Oberstempel(Keramik)

AufgabenstellungDer Einduckversuch hat das Potenzialquasi-zerstörungsfrei lokale Werkstoff-eigenschaften direkt am Bauteil zumessen. Kommerzielle Eindrucktesterermöglichen die Messung von Ein-druckversuchen bei Raumtemperatur.Viele wichtige Anwendungen erfor-dern allerdings Werkstoffdaten beihöheren Temperaturen. In diesem Zu-sammenhang wurde am FraunhoferIWM ein Versuchsaufbau entwickelt,der die Messung von Kraft-Verschie-bungskurven für makroskopische Ein-druckversuche bei Temperaturen bis zu 600 °C erlaubt. Aus diesen Kurven sollen Spannungs-Dehnungskurvenberechnet werden, die zum Beispiel alsEingabegrößen bei Finite-Elemente-Simulationen dienen können.

VorgehensweiseBeim Versuch drückt eine Universal-prüfmaschine eine Halbkugel aus Hart-metall oder Keramik über einen Kera-mikstempel in den Prüfkörper ein.Dabei misst ein seitlich angebrachtesHochtemperatur-Extensometer überzwei Taststäbe die Eindringtiefe derHalbkugel bezüglich des Probenkör-pers (siehe Abb. 1). Der obere Taststabberührt den Halbkugeleindringkörper,der untere Taststab trifft direkt auf denProbenkörper. Die Kraftmessdose derPrüfmaschine, die oberhalb des Kera-mikstempels angebracht ist, misst dieEindruckkraft. Das Aufheizen von Pro-be und Eindringkörper wird mit Hilfeder Strahlungswärme eines Rohres rea-lisiert, das Probe und Eindringkörperumgibt und seinerseits mit einer In-duktionsspule beheizt wird. Die Tem-peraturregelung erfolgt mittels zweieran der Probe angeschweißter Thermo-elemente.

Die gemessenen Rohdaten werdennach dem Versuch im Hinblick auf dieDeformation des Eindruckkörpers und

der Probe korrigiert. Die dazu verwen-deten Korrekturfunktionen konntendurch geeignete Finite-Elemente-Simulationen bestimmt werden.

Zur Beschreibung des zeitabhängigenSpannungs-Dehnungsverhaltens desProbenwerkstoffes werden Werkstoff-gesetze verwendet, die anpassbareParameter enthalten. Diese Parameterwerden aus dem Vergleich von Finite-Elemente-Simulationen mit Versuchs-ergebnissen bestimmt. Dabei kommennumerische Verfahren zur Automati-sierung der Anpassung zum Einsatz.

ErgebnisseMit Hilfe des entwickelten Versuchs-aufbaus wurden erfolgreich Eindruck-versuche bei Raumtemperatur und 175 °C an einer Aluminiumlegierungdurchgeführt. Mit Hilfe der inversenModellierung wurde ein viskoplasti-sches Stoffmodell an Daten aus Ein-druckexperimenten angepasst. Die sobestimmten Spannungs-Dehnungs-kurven (Abb. 2) stimmen gut mit ex-perimentellen Ergebnissen realer Zug-versuche überein.

Martin [email protected]

LeistungsbereichHochtemperaturverhalten Metalle Hochtemperaturbelastete Bauteile können mit Hilfe der numerischenSimulation wesentlich schneller undkostengünstiger ausgelegt werden alsdurch Versuch und Irrtum. Dafür wer-den Gesetze zur Beschreibung desWerkstoffverhaltens weiterentwickeltund auf Bauteile angewendet.

AnsprechpartnerProf. Dr. Hermann [email protected]

Bestimmung von Spannungs-Dehnungskurven ausregistrierenden Eindruckversuchen bei erhöhterTemperatur



Abb. 1Ferroelektrische Stabilität ∆E, d.h. Energieunter-schied pro Perowskit-Einheitszelle zwischen denFE und PE Zuständen, von PbTiO3-Schichten, die0,8 nm (zwei Einheitszellen) dick sind, zwischenPt-Elektroden als Funktion des Gitterparametersparallel zur Schichtebene. Ergebnisse für TiO2-Terminierung von PbTiO3 sind rot, für PbO-Terminierung schwarz dargestellt. LDA: Lokale-Dichte-Näherung; GGA: Generalisierte-Gradien-ten-Näherung. Resultate von drei verschiedenenDFT-Pseudopotenzial-Methoden sind mit durch-gezogenen, gestrichelten und strichpunktiertenLinien dargestellt.

Abb. 2Ferroelektrische Stabilität ∆E für PbTiO3-Schichten der Dicken 0,8 nm (2 Einheitszellen,Kreissymbole), 1,6 nm (4 Einheitszellen,Dreieckssymbole), 2,4 nm (6 EZ, gestrichelteLinien) und 3,2 nm (8 EZ, strichpunktierteLinien) mit PbO-Terminierung (oben, schwarz)bzw. TiO2-Terminierung (unten, rot) zwischenPt-Elektroden, sowie für einen PbTiO3-Einkristall(blaue Symbole).

3,725

Energieunterschied ∆Ε in eV

3,755 3,785 3,815 3,845 3,875 3,905

-0,25

-0,2

-0,15

-0,1

0

-0,05

-3 -2 -1 0 1Epitaktische Dehnung in %

SrTiO3 (LDA)

Laterale Gitterkonstante a in A°

3,725

-0,25


3,775 3,785 3,815 3,845 3,875 3,905

-0,2

-0,15

-0,1

-0,05

0Epitaktische Dehnung in %

-3 -2 -1 0 1

SrTiO3 (LDA)

Laterale Gitterkonstante a in A°

Laterale Gittekonstante a in A°

3,725

-0,4


3,785 3,845 3,905 3,965

-0,3

-0,2

-0,1

0

0,1

LDA

SrTiO3 (LDA) PbTiO

3 (exp)

GGA

AufgabenstellungUltradünne Schichten von ferroelektri-schen (FE) Perowskit-Verbindungen wiePbTiO3 sind als Funktionsmaterialien,alternativ zu Siliciumverbindungen, fürelektronische Datenspeicher aktuellvon großem Interesse.

Dateninformation wird durch die FEPolarisation der Schichten zwischenMetallelektroden gespeichert. SolcheSchichten mit Dicken von nur wenigennm (1 nm=10-9 m) sind im Labordurch epitaktisches Wachstum aufSubstraten wie SrTiO3 mit hoherPerfektion herstellbar. Für eine höhereSpeicherdichte durch dünnere FESchichten stellt sich bei nm-Schichtendie Frage, ob eine kritische Dicke fürdie Stabilität der Ferroelektrizität alsSpeicherfunktion exisitiert. Experimen-telle Charakterisierungen solcher FEnm-Schichten sind aufgrund der gerin-gen Dicken sehr aufwändig. Alternativlassen sich im Computerlabor mitquantenmechanischen ab-initio-Be-rechnungen und atomistischen Struk-turmodellen verlässliche Vorhersagenzur kritischen Dicke für Ferroelektrizitätsolcher Schichtsysteme machen.

VorgehensweiseIn einem Projekt des Fraunhofer IWMmit Universitäten in Kyoto (Japan),Bochum und Karlsruhe wurden ab-ini-tio-Berechnungen für ultradünne Pt/PbTiO3/Pt-Kondensatormodelle fürSpeicher durchgeführt [Y. Umeno etal., Phys. Rev. B 74 (2006) 060101].Zur FE Stabilität wurden mit Pseudo-potential-Methoden der Dichtefunk-tionaltheorie (DFT) und der Lokale-Dichte-Näherung (LDA) bzw. einerGeneralisierte-Gradienten-Näherung(GGA) Energieunterschiede zwischenFE polarisierten und paraelektrisch (PE)unpolarisierten PbTiO 3-Schichten mitverschiedenen Dicken, Oberflächen-terminierungen und epitaktischen Ver-spannungen zwischen Pt-Elektrodenberechnet.

ErgebnisseAbb. 1 zeigt LDA- und GGA-Resultatefür den Energieunterschied zwischenFE und PE Zuständen als Funktion derGitterverspannung für 0,8 nm (2 Ein-heitszellen EZ) dicke Schichten. Unserein Abb. 1 gezeigten GGA-Resultate reproduzieren zuvor publizierte GGA-Resultate sehr gut. Wir konntenjedoch nachweisen, dass durch dieGGA die tetragonale Kristallstrukturdes PbTiO 3 nicht gut beschrieben undals Folge davon die FE Stabilität über-schätzt wird. Die LDA dagegen gibteine sehr gute Beschreibung derKristallstruktur und, wie in Abb. 1 zusehen, bei gleichen a weniger negative∆E als die GGA. Demnach ist eine nur0,8 nm dicke Schicht, entgegen derVorhersage anderer Autoren, wederunverspannt noch epitaktisch aufSrTiO 3 ferroelektrisch (∆E>0). Abb. 1zeigt auch, dass eine Schicht mit PbO-Terminierung außer für extrem großeVerspannung ferroelektrisch stabiler alseine mit TiO2-Terminierung ist.

Abb. 2 zeigt unsere LDA-Resultate fürPbTiO3-Schichten mit zunehmenderDicke. Daraus folgen für epitaktischeSchichten auf SrTiO3 kritische Dickenvon 1,6 nm (4 EZ) bei PbO-Terminie-rung und 2,4 nm (6 EZ) bei TiO2-Terminierung.

Leistungsbereich PhysikalischeWerkstoffmodellierungMit physikalischen Modellen undnumerischen Methoden werdenMaterialstrukturen und -funktionenoptimiert.

AnsprechpartnerProf. Dr. Christian Elsä[email protected]

Kritische Dicke für Ferroelektrizität von ultradünnenPbTiO3-Funktionsschichten



Abb. 1Trajektorien verschiedener Optimierungs-Algorithmen in einem zweidimensionalenSpiralenpotenzial.

0

0,5

2,5

100 200 300 400

0,0

1,0

1,5

2,0

FIRE

L-BFGS

CG

Anzahl der Funktionsaufrufe

Winkel in θ/2π

Abb. 2Leistungsfähigkeit von FIRE bei der Optimierungdes Moleküls Fenritinide (a) und einesMetallnanopartikels (b).

RMS-Kraft in eV/A°

10-8

10-6

10-4

10-2

100

102

0 400 600 800 1000 1200 1400 1500200

a

10-510-3

101

10-1

E-E0(eV)

CGL-BFGSFire

b

10-810-610-410-210-0

10-10

10-12

10-14

0 200 400 600 800 1000

AufgabenstellungDas Problem tritt häufig auf: z.B. beimAnpassen von Materialmodellen oderbei der Suche nach der energetischgünstigsten Struktur eines atomisti-schen Modells sucht man – ausgehendvon einem Startpunkt x – das nächst-gelegene Minimum einer vieldimensio-nalen Funktion E(x). Am Beispiel desSchifahrers im Nebel lässt sich dieFragestellung am einfachsten erklären.Natürlich will er auf schnellstem Wegezur nächstgelegenen Talstation. Leidersteht ihm nur lokale Information, d.h.nur die Richtung in der es im Augen-blick am stärksten den Hang abwärtsgeht (der Mathematiker nennt das denGradient von E), zur Verfügung, undman fragt sich nach einer guten Stra-tegie für die ungemütliche Abfahrt. Eshat sich herausgestellt, dass man nichtdem Gradienten folgen sollte, da mandadurch zu häufig in kleine Gräbendes Gebirges gelangt. Die Erfahrungzeigt, dass auch eine einfache Schuss-fahrt ziemlich übers Ziel hinausschießt.

Was für den Schifahrer auf seinerzweidimensionalen Potenzialfläche Egilt, ist für die vieldimensionalen (biszu einigen Millionen Freiheitsgrade)Funktionen der Materialforschung erstrecht ein Problem. Numeriker habendeshalb recht komplexe Algorithmenwie z.B. konjugierte Gradienten oderQuasi-Newton-Methoden entwickelt,die aber oft keine allzu überzeugendeOptimiergeschwindigkeit aufweisen.

VorgehensweiseZusammen mit der Universität Karls-ruhe wurde am Fraunhofer IWM einVerfahren entwickelt, das den Schi-fahrer erstaunlich schnell an sein Zielbringt. Wir würden ihm/ihr empfehlen,eine Schrägfahrt hangabwärts durch-zuführen. Dabei ist aber darauf zuachten, dass sofort angehalten wird,wenn es bergauf geht. In diesem Falldreht man sich in Richtung des Gradi-enten und beginnt die gesteuerte

Schussfahrt von vorne. Überraschen-derweise funktioniert dieser Algorith-mus auch in beliebig hohen Dimensio-nen und ist selbst dort noch extremleistungsfähig. Es konnte gezeigt wer-den, dass dieses einfache Verfahrenden herkömmlichen Algorithmen meistebenbürtig und in vielen Fällen überle-gen ist. Da der neue Optimierer aufeiner modifizierten NewtonschenDynamik basiert (d.h. Inertialeffektenutzt), wurde er Fast Inertial RelaxationEngine (kurz FIRE) getauft. Er wurdeauch im renommierten Fachblatt ThePhysical Review Letters publiziert undals US-Patent angemeldet.

ErgebnisseAbb. 1 zeigt, dass sich FIRE (roteKurve) dem Minimum einer Spiraleschneller nähert als die Konjugierte-Gradienten-Methode (blau Linie) oderein Quasi-Newton-Verfahren (grün).Hierbei ist der aktuelle Azimutalwinkel(gemessen vom Minimum aus) gegendie Anzahl der benötigten Funktions-aufrufe dargestellt. In Abb. 2 wird dieOptimierung von Fenritinide (ein Mole-kül zur Krebsbekämpfung) und einesNatrium Nanopartikels gezeigt. DieOrdinate ist die Größe der aktuellenKraft, also ein Maßstab für Abwei-chung vom gesuchten Gleichgewicht.Auch in diesen Fällen demonstrierteFIRE seine Überlegenheit.

Leistungsbereich PhysikalischeWerkstoffmodellierung Durch eine Modellierung des Werk-stoffes über alle Skalen (d.h. vomAtom zum Kontinuum) könnenDesignregeln zur Werkstoff- undProzessverbesserung entwickelt wer-den. Dabei muss häufig die Energiedes Modells minimiert werden.

AnsprechpartnerPriv.-Doz. Dr. Michael [email protected]

FIRE: Optimierung einfach gemacht


Abb. 1 Berechnete Spannungsverteilung (Vergleichs-spannung) in einer Variante der Vakuum-Isolier-glasscheibe unter Atmosphärendruck (höchsteSpannungen hellgrün bzw. rot). Die obereScheibe ist auf 60 °C erwärmt, die untereScheibe auf 20 °C. Der Ausschnitt ist auf denAbstandshalter und seine Umgebung fokussiert.

gen bei unterschiedlichen Randver-bundkonzepten im Randbereich derScheibe unter realen thermischenProzess- und Einsatzbedingungenberechnet werden konnten. Ebensowurden unter Berücksichtigung eineratmosphärischen Last die mechani-schen Spannungen im Bereich der Ab-standshalter im Glas sowie direkt inden Abstandshaltern berechnet.

ErgebnisseExistiert zwischen Außen- und Innen-scheibe ein Temperaturunterschied,beispielsweise aufgrund starkerSonneneinstrahlung, so kann es jenach Randverbundkonzept zu einerVerwölbung der Scheibe kommen.Diese Wölbung und die dadurch indu-zierten Spannungen wurden berech-net. Die numerischen Simulationenergaben für alle untersuchten Kon-zeptvarianten die mechanischen Be-lastungen, die von den einzelnenBauteilkomponenten getragen werdenmüssen. Damit lieferten sie bei derAuswahl geeigneter Randverbund-konzepte und Abstandshalter ent-scheidende Evaluierungskriterien.

Tobias [email protected]

Das vom BMBF ins Leben gerufeneKompetenzzentrum SimBAU trägtdazu bei, die Wettbewerbstätigkeit derdeutschen Industrie auf dem Welt-markt durch verstärkten Einsatz vonSimulation zu stärken. Dazu bildetSimBAU eine Anlaufstelle in Fragender numerischen Simulation. Es hatauch einen Schwerpunkt in derWeiterentwicklung von Werkstoff-modellen für neue Anwendungen.

AnsprechpartnerDr. Winfried [email protected]

AufgabenstellungFensterglasscheiben mit exzellentenWärmedämmeigenschaften senkenden Energiebedarf von Gebäudenerheblich. Da sich in Deutschland rund400 Mio. Altbaufenstereinheiten befin-den, die künftig ersetzt werden müs-sen, ergibt sich daraus ein enormesEinsparpotenzial. Weiterhin fordernFahrzeughüllen in modernen Zügen,Bussen und evtl. PKW ebenfalls schlan-ke und leichte Fenstersysteme.

In dem Verbundprojekt Vakuum-Isolier-glas wird von acht Partnern aus Indus-trie und Forschung eine Verglasungentwickelt, deren Dämmwert den han-delsüblicher Spitzenverglasungen umden Faktor 2 bis 3 übertreffen soll.Dies kann dadurch erreicht werden,dass der Scheibenzwischenraum eva-kuiert wird. Durch den Atmosphären-druck von 10 Tonnen pro m 2 und denunterschiedlichen Wärmedehnungen,die aus den Temperaturunterschiedenzwischen Innen- und Außenscheiberesultieren, entstehen mechanischeBelastungen. Diese muss ein flexiblerRandverbund ausgleichen oder einstarrer Randverbund aufnehmen kön-nen. Zudem müssen die Scheibendurch kleine Abstandshalter gestütztwerden.

VorgehensweiseAufgabe des IWM ist es zunächst,durch Auswahl eines geeigneten Füge-materials (Glaslot) und Erarbeiten einesFügeprozesses den Randverbund vaku-umdicht und mechanisch stabil herzu-stellen. Dieses Ziel wurde erreicht. InSimBAU (Kompetenzzentrum für Bau-teilsimulation) wurde durch geeignetenumerische Modelle die optimaleRealisierung des Randverbundes unter-stützt und bei der Form, Anzahl undAnordnung der Abstandshalter dasSystem unter mechanischen Aspektenoptimiert. So wurden numerischeModelle erstellt, mit denen die Verfor-mung und die thermischen Spannun-


Wärmedämmende Fenster


Jan-Hendrik Hagen

Cordula Kohn

Tobias Spöri

Laszlo Könczöl

Mario Hug

Rainer Kübler

Peter Manns

Jörn Denter

Frank Burmeister

Gerd Spiess

Ellen Müller

Rainer Kolloff

MatthiasGremmelspacher

Günter Kleer

Martin Krappitz

Thorsten Faber

Heiko Roth


Die Bewertung, Erzeugung und Optimierung vonOberflächeneigenschaften neuer Komponenten,vornehmlich aus Gläsern und Halbleitermateria-lien, stehen im Mittelpunkt der Tätigkeiten desGeschäftsfeldes. Dabei kommen neue Beschich-tungsverfahren genauso zum Einsatz wie Präzi-sionsbearbeitungsverfahren und schädigungsarmeTrenntechniken. Ebenfalls entwickelt werdenmodernste Heißformgebungsverfahren fürKomponenten mit sphärischen und asphärischenFreiformflächen. In neuen Prägverfahren werdenfunktionale Strukturen mit Dimensionen bis herabin den Nanometerbereich erzeugt.

»Der zunehmenden Forderung der Industrie nachkostengünstigen und gleichzeitig hochwertigen,multifunktionalen Komponenten tragen wirRechnung durch den Einsatz und die Weiter-entwicklung modernster Beschichtungstechnolo-gien, innovativer thermischer Trenntechnikensowie hochpräziser Heißformgebungsverfahren.«

Dr. Günter Kleer

Komponenten mit funktionalen Oberflächen

Beschichtung, Formgebungs- und Bearbeitungsverfahren für neue Komponenten mit

optimierten Oberflächeneigenschaften

Abb. 1Duktil bearbeitete Silicium-Werkzeuge mitoptisch funktionalen Oberflächen für dieHeißumformung von Glas.

Abb. 2Gemessene Topographie des Mittenbereichseines duktil bearbeiteten Silicium-Werkzeugs.Oben: ohne KorrekturUnten: mit Korrektur maschinenspezifischerAbweichungen

Bei der Fertigung von Linsen bietet die Heißumformung von optischenGläsern den großen Vorteil, dass fürdie Herstellung einer großen Anzahlvon Linsen gleicher Kontur der sehraufwändige Bearbeitungsvorgang nurein einziges Mal erforderlich ist, undzwar bei der Herstellung der Press-form.

Hohe Anforderungen an dasFormenmaterialDie bei der Heißformgebung auftre-tenden hohen Prozesstemperaturenvon 500 °C bis 700 °C und die zuerfüllenden optischen Qualitätsanfor-derungen stellen an das Formen-material extrem hohe Anforderungen.Als geeignete Materialien kommen nur wenige, meist einkristalline oderamorphe Materialien in Frage, da sichbei polykristallinen Materialien dieKornstruktur meist nachteilig auswirkt.Als Formenmaterial geeignetes Mate-rial wie einkristallines Silicium bereitetjedoch große Schwierigkeiten bei derMikrozerspanung.

Duktiles Bearbeiten glasartig sprö-der MaterialienUm bei der Bearbeitung des sprödenMaterials Silicium die erforderlicheOberflächenqualität in wenigen Bear-beitungsschritten zu erreichen, musssichergestellt sein, dass die zum Ab-trag notwendigen Trennrisse aus-schließlich im abgetragenen Siliciumund nicht im verbleibendenGrundmaterial auftreten. Dies ist mitder duktilen, spanenden Oberflächen-bearbeitung mit Einkorn-Diamant-schneiden möglich. Hierzu nutzt mandie Plastifizierung des Materials durchdie Einwirkung der lokal sehr hohenDruckkräfte unter der Diamant-schneide, die eine duktile Bearbeitungdes glasartig spröden Materials erlau-ben.

Ultrapräzisionsdrehen von Formwerkzeugen zumHeißumformen optischer Gläser

UltrapräzisionsdrehmaschineDie am Fraunhofer IWM aufgebauteund in Kooperation mit Industriepart-nern modifizierte und angepasste Ul-trapräzisionsdrehmaschine wurde inden vergangenen Jahren durch eineVielzahl von maschinen- und steue-rungstechnischen Verbesserungenständig erweitert. So konnte schließ-lich, wie in Abb. 2 exemplarisch ge-zeigt, erreicht werden, dass maschi-nen- und drehgeometriespezifischeAbweichungen im Nanometerbereichkompensiert und reproduzierbarSilicium-Pressformen mit optischerOberflächengüte für den Einsatz beimHeißumformen von anorganischemGlas hergestellt werden konnten.

Leistungsbereich Trenntechniken,schädigungsarme Bearbeitung Für spröde Werkstoffe werden spezi-elle Bearbeitungsverfahren entwickeltund optimiert: konturgenau und schä-digungsarm für Halbleitermaterialien,für anorganische Gläser sogar verlust-frei. Weitere Schwerpunkte sind Unter-suchungen zu Auswirkungen vonSchädigungen auf die Festigkeit sowieSchadensanalysen.

AnsprechpartnerDr. Rainer Kü[email protected]




Abb. 1Blick auf die Mehrquellen-Beschichtungsanlage.

Abb. 2Harte, wasserabweisende und korrosionsbe-ständige Schichten unterschiedlichster Farban-mutung: ZrxOyNz-Schichten (obere Bildhälfte)und (TiAl)aCrbNxCy-Schichten (untere Bildhälfte).

AufgabenstellungEine kostengünstige Methode zurErzielung hochwertiger, funktionalisier-ter Oberflächen ist das PVD-(physicalvapor deposition) Verfahren. Hierdurchist es beispielsweise möglich, optischdekorative und gut auf dem Substrat-material haftende Schichten zu erzeu-gen. Oftmals gefordert wird zusätzlicheine hohe Gebrauchsbeständigkeit derbeschichteten Komponenten. Daherwird nach dem Stand der Technik ineinem separaten Schritt eine chemi-sche Funktionalisierung (z.B. Lackie-rung) vorgenommen, um der Beschich-tung eine höhere mechanische Bestän-digkeit und schmutzabweisende Eigen-schaften zu verleihen. Ein weiterer Anwendungsbereich fürSchichten auf PVD-Basis ist die Erhö-hung der Standzeiten von Werkzeugenin der Heißformgebung von Gläsernund Kunststoffen, wo je nach Anwen-dung die Zusammensetzung und derAufbau der Schicht variiert werden.

VorgehensweiseDem Fraunhofer IWM steht einedeutschlandweit einmalige Beschich-tungsanlage zur Inline-Kombinationverschiedener Quellentechniken zurVerfügung (Abb. 1). Hiermit werden insitu hybride organisch/anorganischeSchichtsysteme abgeschieden, diedekorativ (z.B. farbig) und zusätzlichwasserabweisend (z.B. teflonartig)sind, eine Kombination, die z.B. beider Automobilinnenraumausstattung(Schalter, Zierleisten, Griffe, etc.)gefordert wird. Dabei wird die orga-nische Schicht über Plasmapolymer-isation (ebenfalls ein Vakuumverfah-ren) erzeugt. Der Vorteil gegenüberbisherigen zweistufigen Verfahren liegtdarin, dass das Vakuum während derBeschichtung nicht unterbrochen werden muss, so dass eine deutlichhöhere Schichtqualität und insgesamtwesentlich kürzere Prozesszeiten erzieltwerden.

Neue Beschichtungstechnologie zur Inline-Kombi-nation verschiedener Quellentechniken bei derHerstellung funktionaler Schichten

Die eingesetzten Abscheideverfahrenwie die so genannte DC-Puls-Techno-logie, die hohe Depositonsraten beigeringer thermischer Belastung desSubstrats ermöglicht, sind auch fürKunststoffe geeignet. Mit zwei Sput-terquellen in einer Co-Depositionsan-ordnung können mehrkomponentigeSchichtsysteme dargestellt werden,wobei die Stöchiometrie der Schichtveränderbar ist. Abb. 2 zeigt Hartstoff-schichten auf Basis der Elemente Zr, Ti,Al und Cr. Die Farbanmutung undKorrosionsbeständigkeit dieser Schich-ten kann über die relativen Element-anteile gezielt gesteuert werden.

ErgebnisseIm Rahmen der von der Fraunhofer-Gesellschaft geförderten WISA»Tailored Optics« werden Beschich-tungen für Hartmetallwerkzeuge zumEinsatz in der Glasheißformgebungvon optischen Präzisionskomponentenentwickelt und eingesetzt. Aussichts-reiche, in Co-Sputtertechnik darge-stellte Schichtsysteme sind ternäre undquaternäre Verbindungen aus Über-gangsmetallnitriden (z.B. Ti:N:Zr:Cr:N),die selbst nach vielfachem Kontakt miteiner Glasschmelze keine Veränderungder Oberfläche aufweisen und somiteine deutlich erhöhte Werkzeugstand-zeit ermöglichen.

Dr. Frank [email protected]

Leistungsbereich Beschichtungen,OberflächenstrukturierungFür Anwendungen in den BereichenGlas- und Kunststoffverarbeitungsowie Medizintechnik und Optik wer-den mechanisch hochbelastbare, funk-tionale Beschichtungen entwickelt undBeschichtungsprozesse optimiert.

AnsprechpartnerDr. Günter [email protected]



Präzisions-Warmformung optischer Komponenten


Abb. 1Durch Präzisions-Warmformung hergestelltersphärischer Spiegelträger aus Glas (Durchmesser85 mm) und die dabei eingesetzte keramischeAbsenkform (Bildquelle: LINOS Photonics GmbH& Co. KG, München).

0

50

10

20

30

40

0

1000 2000 3000 4000 5000

Absenkdauer in s

Radius in mm

rmaxrmin

AufgabenstellungGroßformatige optische Komponentenaus anorganischen Gläsern mitasphärischer oder Freiformkontur deroptischen Wirkflächen können durchPräzisions-Warmformung (Absenken)kostengünstig in Serie produziert wer-den. Anwendung findet dieses Verfah-ren z.B. in der Produktion von Gleit-sicht-Brillengläsern und Kfz-Rückspie-geln mit asphärischer Kontur. Bei diesem Formgebungsprozess wer-den die Glasrohlinge auf Matrizen mitder gewünschten Kontur aufgelegtund erhitzt, bis sich das erweichte Glasvollflächig auf die Oberfläche derMatrize abgesenkt hat, wobei zusätz-lich ein Unterdruck (Vakuum) zwischenGlas und Absenkform angelegt wird. Die Prozessführung muss für jede Geo-metrie optimiert werden bezüglichhöchster Genauigkeit der zu replizie-renden Makrokontur und minimalerAbformung von störenden Feinstruk-turen der Matrizenoberfläche. Durchnumerische Simulation soll die Prozess-optimierung schneller und kostengün-stiger erreicht werden.

VorgehensweiseFür die Quantifizierung des Einflussesder Prozessparameter wurde ein nu-merisches Modell entwickelt, paralleldazu wurden experimentelle Unter-suchungen am Beispiel einer rotations-symmetrischen sphärischen Modelllinsedurchgeführt (Abb. 1).Die experimentellen Absenkversuchewurden auf einer Absenkform ausporöser Al 2O3-Sinterkeramik durchge-führt, und die erzielte Oberflächen-kontur und Oberflächengüte der abge-senkten Glasscheiben als Funktion derProzessparameter erfasst. In den Simu-lationen wurde das thermomechani-sche Verhalten des Glases als Maxwell-Modell mit temperaturabhängigerScherviskosität und temperaturunab-hängigem Schermodul in das Finite-Elemente-Programm ABAQUS ® imple-mentiert.

ErgebnisseExperiment und numerische Simulationzeigen, dass die erweichte Glasscheibezunächst weit in die Kavität der Formeinsinkt, ohne die Formenoberflächezu berühren. Erst nach ca. 70 Prozentder insgesamt erforderlichen Absenk-dauer berührt das Glas die Oberflächeder Absenkform, und zwar in einerschmalen ringförmigen Zone in Rand-nähe der Kavität (Abb. 2). Von dortaus legt sich das Glas rasch bis zurMitte der Absenkform an (Abb. 3). DieZeitdauer des Absenkvorgangs skaliertlinear mit der Viskosität des Glases. Die Ergebnisse der numerischen Simu-lation stimmen mit den experimentel-len Ergebnissen qualitativ und quanti-tativ sehr gut überein und ermöglicheneine schnelle Prozessoptimierungdurch geeignete Einstellung der Pro-zessparameter (zeitlicher Verlauf undräumlicher Gradient der Temperatur,zeitlicher Verlauf des Ansaugdrucks,Glasdicke, geometrische Gestalt desFormenrands zur Kavität). Zusätzlichliefert die Simulation durch die Einbe-ziehung der thermischen Schrumpfungdes Glases genaue Daten zum »Vor-halten« der Formenkontur, so dass bisher erforderliche, kostspieligeIterationsschritte für die Bearbeitungder Formflächenkontur eingespart werden können.

Leistungsbereich Heißformgebung GlasFür die Serienproduktion vonPräzisionsbauteilen aus Gläsern wer-den Heißformgebungsverfahren und-werkzeuge entwickelt. Schwerpunktesind Verfahren zum Blankpressen prä-zisionsoptischer Linsen und zumHeißprägen von Mikrostrukturen.

AnsprechpartnerDr. Peter [email protected]

Abb. 2Numerische Simulation des Präzisions-Warmformungsprozesses: Schnitt durch dieabgesenkte Glasscheibe im Augenblick desersten Kontakts mit der Formenoberfläche; der Kontaktpunkt ist markiert.

Abb. 3Numerische Simulation des Präzisions-Warmformungsprozesses: Zeitlicher Verlauf des inneren (rot) und äußeren (blau) radialenAnlegepunkts der abgesenkten Glasscheibe an die Formenoberfläche.


Ute Heunemann

Frank Nagel

Steffen Meinicke

Rainer Starke

Frauke Junghans

Jana Eckardt

Maria Morawietz

Stefan Schwan

Andreas Cismak

Andreas Höß

Alexander Goldstein

Nico Teuscher

Günter Wilczek

Andreas Krombholz

Matthias Petersilge

Ralf Schäuble

Peter Holstein

Andreas Kiesow

Paul-Tiberiu Miclea

Michael Busch

Uwe Spohn

Annika Thormann

Katrin Löschner

Heidrun Popke

PeterStache

Andreas Heilmann

Ralf B. Wehrspohn

Manfred Füting


Das Geschäftsfeld Polymeranwendungen stellt diekomplette Wertschöpfungskette im Bereich derPolymerverarbeitung dar: Extrusion und Spritz-guss von faserverstärkten Thermoplasten imLabor-, Miniplant- und Pilotanlagenmaßstab inZusammenarbeit mit dem Fraunhofer-Pilotan-lagen-Zentrum in Schkopau, Weiterverarbeitungvon Polymeren und Veredlung von Polymer-oberflächen sowie mechanische Prüfungund Simulation der mechanischen Eigenschaftenvon Polymerkompositen und -verbundwerkstof-fen. Im Geschäftsfeld werden Methoden zurmechanischen und morphologischen Bewertungvon bioabbaubaren Polymeren und biologischenMaterialien entwickelt. Biokompatible und grenz-flächenbestimmte Materialien für das TissueEngineering werden zur Einsatzreife gebracht.

»Nur wenn die Forschungstiefe im Bereich derPolymerverarbeitung bis auf die mikrostrukturelleEbene geht, können zukünftig innovativeLösungen im Bereich der Composite und Ver-bunde erzielt werden.«

Prof. Dr. Ralf B. Wehrspohn

PolymeranwendungenFaserverstärkte Thermoplaste, polymerbasierte

Hochleistungsverbundmaterialien, High Performance-Folien

Möbel aus Hanf-Compositen

Abb. 1Blick auf die Profilextrusionsanlage und ein»Hanf-Profil«.

Abb. 2Entwürfe der Hochschule für Kunst und DesignHalle.

AufgabenstellungNeben ihrer begrenzten mechanischenLeistungsfähigkeit ist das visuelleErscheinungsbild von Naturfaser-Ver-bundwerkstoff-Bauteilen oft stark verbesserungswürdig. Diese werdenbisher aus optischen und Emissions-gründen oft oberflächenkaschiert odergänzlich versteckt. In einem FuE-Projekt sollten Beispiellösungen fürMöbel- und Raumausstattungen ausemissionsarmen, ästhetisch anmuten-den Compositen mit hohen Anteilenpflanzlicher Rohstoffe wie zum BeispielHanf entwickelt werden.

VorgehensweiseBei der Hanfaufbereitung fallen nebenden gewünschten Fasern in erhebli-chen Mengen Schäben an, die meistals Tiereinstreu genutzt werden. Siesollten als Rohstoff für die zu ent-wickelnden thermoplastischen Com-posite dienen. Am Fraunhofer IWMwurden die Materialzusammenset-zungen und Verarbeitungsbedingun-gen optimiert, um Bauteile mit hohermechanischer Leistungsfähigkeit undansprechender Oberfläche zu erzielen.Weiterhin wurden in Zusammenarbeitmit dem Fraunhofer-Institut für Holz-forschung WKI die durch Rohstoff undProzess bedingten Ursachen der Emis-sionsbildung untersucht.

ErgebnisseDie während der Verarbeitung und ausdem gefertigten Bauteil austretendengeruchsbildenden Substanzen wurdennach Art, Menge und Ursprung be-stimmt. Hauptemissionsquelle ist dieNaturfaser, wobei der Erntezeitpunkt(»Röstgrad«) des Hanfes sowie die beiFaseraufbereitung, Compoundierungund Profilextrusion/ Spritzguss auftre-tenden Temperaturbelastungen dieentscheidenden Einflussgrößen sind.Auf der Extrusionslinie des FraunhoferIWM (Abb. 1) ist es gelungen, emis-sionsarme Profile mit ansprechendenOberflächen herzustellen. Dazu wur-

den die Rohstoffe gezielt ausgewählt,die Aufbereitungstechnologie weiter-entwickelt und mit einer chemischenVorbehandlung des Pflanzenmaterialskombiniert, um geruchsbildende Be-gleitsubstanzen zu eliminieren. Es wurden verarbeitungstechnische Para-meter und der Einsatz von Verarbei-tungshilfsmitteln optimiert. Die Vor-teile einer Direktverarbeitung derNaturfaserrohstoffe, Compoundierungund Formgebung durch Extrusion oderSpritzguss in einem Arbeitsgang mitnur einmaliger Temperaturbelastunggegenüber mehrstufigen Prozessen mit einem Composite-Granulat alsZwischenprodukt konnten im Rahmendes Projektes herausgearbeitet wer-den.

Die Hochschule für Kunst und DesignHalle hat im Rahmen des Projektes verschiedene Entwürfe für Möbel aus diesen Profilen erarbeitet (Beispiel inAbb. 2).

Das Vorhaben wurde mit Mitteln desBMBF unter dem Förderkennzeichen03I1517D unterstützt.

Steffen Meinicke [email protected]

LeistungsbereichPolymerverarbeitung Die gezielte Auswahl und Kombinationvon polymeren Rohstoffen, Additivenund Verstärkungsfasern sowie opti-mierte Verarbeitungstechnologien inExtrusion und Spritzguss führen zuneuen wettbewerbsfähigen Werk-stoffen.

AnsprechpartnerDr. Michael [email protected]

Polymeranwendungen



Polymeranwendungen

Verbesserte Lebensdauerabschätzung vonKunststoffbauteilen

AufgabenstellungDie Lebensdauer von Bauteilen austhermoplastischen Kunststoffen fürden Langzeiteinsatz wird in der Praxisdurch Risswachstum unter Ermüdungs-und Dauerbeanspruchung begrenzt.Im Falle einer Dominanz der Dauer-beanspruchung kann die Dauerfestig-keit der verwendeten Materialien an-hand von Zeitstandsexperimentenermittelt werden. Wird die Bewertungdieser Kriechexperimente an Probenmit Rissen um bruchmechanische Kon-zepte erweitert, lassen sich die einge-setzten Prüfverfahren qualifizieren.

VorgehensweiseFür Zeitstandsversuche an Probenunter Medieneinfluss wird in der Regelder Full Notch Creep Test (FNCT) ein-gesetzt. Die Experimente werden anallseitig gekerbten Vierkantstäben mitvariierenden Abmessungen durchge-führt (Abb. 1). Mittels parallel durchgeführter Simula-tionsrechnungen wurde der etablierteFull Notch Creep Test bruchmecha-nisch untersetzt, abgesichert unddadurch in seinem Anwendungspoten-zial aufgewertet.Die Simulation des Risswachstumsbeim FNCT erfolgte auf der Basis derGleichung von Paris und Erdoganda/dt=AK m. Entsprechend dieser Be-ziehung wird die lokale Risswachs-tumsgeschwindigkeit da/dt durch denlokalen Spannungsintensitätsfaktor Kan der Rissfront gesteuert. Der Riss-wachstumskoeffizient A und der Riss-wachstumsexponent m sind material-typische Konstanten. Die Analysen derSimulationsergebnisse zeigen zumeinen, dass der kritische Spannungs-wert als erster erreicht wird, so dass –in Übereinstimmung mit fraktographi-schen Befunden – das endgültige Versagen zähplastisch erfolgt. Dies istjedoch generell erst am Ende der»Kriechlebensdauer« der Fall. Dasbedeutet, dass die mit FNCT ermittelteLebensdauer weder von der Festigkeit

noch von der Zähigkeit des Materials,sondern ausschließlich von den Para-metern A und m der Kriechrissausbrei-tung abhängt.

ErgebnisseDurch die Kombination der Ergebnissevon Simulationsrechnungen mit derexperimentell ermittelten Lebensdaueraus Zeitstandsversuchen können Mate-rialparameter wie die Risswachstums-koeffizienten A und Risswachstums-exponenten m bestimmt werden (Abb. 2). Auf Grund dieser Werkstoff-kennwerte – und nicht mehr aus-schließlich basierend auf der gemes-senen Lebensdauer – können nununterschiedliche Materialsysteme ver-glichen werden.

Die Untersuchungen liefern den Her-stellern von Kunststoff-Bauteilen beider Auslegung und der Bewertung derZuverlässigkeit und Lebensdauer einehöhere Sicherheit. Materialien könnengezielter ausgewählt und ihr Designkann den Belastungen besser ange-passt werden.

Andreas Krombholz [email protected]

Leistungsbereich Einsatzverhaltenvon Polymerwerkstoffen undBauteilenVerbesserte Lebensdauerabschätzungvon Kunststoffbauteilen durch Experi-mente und Simulation.

AnsprechpartnerProf. Dr. Peter Holstein [email protected]

Abb. 1Geometrieparameter der Full Notch Creep Probemit Darstellung der Vernetzung im Ligament-bereich (Simulation mittels Boundary-Elemente-Methode).

a

b

t

A

Kerbung

Abb. 2Vergleich von aus Zeitstandsexperimenten undder neuen Auswertemethodik bestimmtenRisswachstumskoeffizienten bei Full Noch CreepTests (FNCT) und Rounded Compact TensionTests (RCCT), Messungen bei unterschiedlichenUmgebungsbedingungen an Polyethylen(PE)100.

FNCT PE extrudiertFNCT PE gepresstRCTT PE extrudiert

0

10

Risswachstumskoeffizient in m

20

30

40

95°C, 2% Arkopal

23°C, kein Medium

1 2 3 4 5 6

123

RCTT PE gepresstRCTT PE extrudiertRCTT PE gepresst

456

Polymeranwendungen


Abb. 1Oben: ESEM-Aufnahme (Environmental Scan-ning Electron Microscope) des Colletotrichumgraminicola mit seinen runden Appressorien aufeinem Maisblatt.Unten: Modell eines Appressoriums beimPenetrationsvorgang.

Abb. 2Lichtmikroskopische Aufnahmen des C. graminicola auf einer 150 nm dicken Teflon-ähnlichen Membran mit Fokusebene auf derMembranoberseite (oben) und -unterseite(unten). Die Penetrationshyphe ist durch dieMembran gedrungen (Aufnahmen von NancyEicher, MLU Halle).

AufgabenstellungDer Infektionsvorgang pflanzenpatho-gener Pilze stellt einen komplexen bio-physikalischen bzw. biochemischenVorgang dar. Für die Penetration derEpidermiszelle der Wirtspflanze wer-den mechanische Prozesse in Verbin-dung mit einem enzymatisch gesteuer-ten Abbau der Zellwand angenom-men. Unklar ist, zu welchen Anteilenbeide Prozesse an der Penetration beiunterschiedlichen Pilzen beteiligt sind.

Ziel des Projektes ist es, das Verständ-nis des ersten Schrittes einer Pilzin-fektion zu verbessern. Dazu werdenmikroskopische und mikromechanischeUntersuchungsmethoden neu- bzw.weiterentwickelt und mechanischeModellierungen einbezogen.

VorgehensweiseDie pflanzlichen Oberflächen wurdenbiophysikalisch charakterisiert. Auf dieser Basis werden unterschiedlichePolymer- und Metallmembranschichtenhergestellt, die den Penetrationsexperi-menten mit den verschiedenen Pilzendienen.

In Kooperation mit der ArbeitsgruppePhytopathologie (Prof. Holger B.Deising) von der LandwirtschaftlichenFakultät der Martin-Luther-UniversitätHalle-Wittenberg wird das Penetra-tionsverhalten auf verschiedenenPolymer- und Metallmembranen mitSchichtdicken ab 50 nm untersucht.Dabei werden Dicke, Dichte, Härte,Hydrophobizität und chemische Zu-sammensetzung der Membranen vari-iert, um die Penetrationskompetenzunterschiedlicher Pilze zu testen.Neben mikromechanischen, licht- undelektronenmikroskopischen Untersu-chungen und der Ermittlung mecha-nischer Kennwerte der Membran istauch die rechnergestützte Model-lierung der mechanischen Penetrationmittels Finite-Elemente-Methode einSchwerpunkt dieses Projektes.

ErgebnisseEin funktionsfähiges Versuchsmodell-system mit reproduzierbaren, inertenDünnschichtmembranen aus Teflon-ähnlichem Material wurde entwickelt.Hieran zeigte sich, dass die untersuch-ten Pilze ihre Infektionsstrukturen(Appressorien) vorzugsweise aufhydrophoben Oberflächen ausbildenund, dass die Penetration auch ohnebiochemische Lysis, also rein mecha-nisch abläuft. Dabei hängt der Pene-trationserfolg eindeutig reziprok vonder Schichtdicke der Membran ab.

Ziel ist es, mit diesem relativ wenigstöranfälligen, gut reproduzierbaren in vitro-System Kandidatensubstanzenin großem Umfang im Rahmen vonFungizid-Screening-Programmen zutesten. Dies könnte zu einer aus öko-logischer und ökonomischer Sicht verbesserten Fungizid-Entwicklungführen.

Dr. Andreas [email protected]

Stefan Kü[email protected]

Leistungsbereich BiologischeMaterialien und Grenzflächen Biologische Materialien und biokom-patible Oberflächen werden morpholo-gisch und mechanisch bewertet. Nano-strukturierte funktionelle Materialienfür das Tissue Engineering werden entwickelt.

AnsprechpartnerProf. Dr. Andreas [email protected]

Entwicklung eines in vitro-Versuchsmodellsystems zur Untersuchung der Penetrationskompetenzpflanzenpathogener Pilze


Polymeranwendungen

Polymerverarbeitung im Fraunhofer-Pilotanlagen-zentrum für Polymersynthese und -verarbeitung PAZ

Das Fraunhofer IWM betreut die Poly-merverarbeitung im Fraunhofer PAZ.Ziel ist es, die im Synthesebereich desPAZ hergestellten Polymere auf ihreVerarbeitungseigenschaften hin zuuntersuchen, so dass Kunden nicht nur die Rezeptur für den maßgeschnei-derten Polymerwerkstoff, sondern zu-gleich eine ausgereifte Anleitung fürdie Verarbeitung erhalten.

Dazu verfügt die Polymerverabreitungam Fraunhofer PAZ über Compounder,Extruder und eine Spritzgießmaschine(Injection Molding Compounder IMC,Abb.1).

Nicht nur Polymere, die am FraunhoferPAZ selbst hergestellt wurden, werdenauf ihre Verarbeitungseigenschaftenhin untersucht, auch Kunden die eige-ne Compounds weiterentwickeln wollen oder eine Erstbemusterungeines Werkzeuges für den Spritzgussdurchführen wollen, wenden sich andas PAZ.

Um die optimalen Werte bzw. Einstel-lungen für die Verarbeitung der jewei-ligen Werkstoffe zu ermitteln, werdenProben zu unterschiedlichen Einstel-lungen hergestellt und auf ihre mecha-nischen und strukturellen Eigenschaf-ten hin untersucht. So wird bei derCompoundierung von Glasfasern dieAbhängigkeit der Faserlänge und -gestalt von der Schneckengeometrie,Drehzahl und Temperatur untersuchtund ihre Auswirkung auf die darausresultierenden Werkstoffeigenschaftenbewertet.

Bei Naturfasern interessiert vor allemder Einfluss der Betriebstemperatur aufdie Fasern, der Einfluss von Drehzahlund Schneckengeometrie auf Fasernund Prozesstemperatur und wie beidessowie das Fließverhalten sich auf diemechanischen Kennwerte des Mate-rials auswirken.

Im Spritzguss bzw. Extrusion werdenzum einen Probekörper für die Ermitt-lung der mechanischen Kennwertehergestellt. Zum anderen werden auf der IMC natürlich die optimalenProzessparameter für den Werkstoffermittelt: Fließverhalten, Viskosität undTemperatur, um v.a. die Naturfasernnicht zu schädigen. Hierzu wurdeeigens ein Online-Rheometer ent-wickelt (Abb. 2). Außerdem werdendie Einspritzparameter (Nachdruckzeit,Nachdruckhöhe, Kühlzeit, Werkzeug-temperatur, Einspritzgeschwindigkeit),die Schneckengeometrie und die Ein-zugsorte der Fasern in die Maschineund damit ihre Zeit im Verarbeitungs-prozess variiert. Der Einfluss dieserProzessparameter, aber auch der derFaserorientierung auf die mechani-schen Kennwerte, wird hernach be-wertet.

Pilotanlagenzentrum für Polymer-synthese und -verarbeitung PAZ»Vom Monomer zum fertigen Bauteil«werden Forschungsleistungen zur Ent-wicklung maßgeschneiderter Polymer-werkstoffe durchgeführt.


Abb. 1Spritzgießanlage (Injection MoldingCompounder IMC).

Abb. 2Für die IMC entwickeltes Online-Rheometer.


Sabine Oeser

Mariya Yurechko

Daniel Kohn

Sandra Meyerhoff

Flaviu-MariusMarton

WulfPfeiffer

Ying Zahner

Simone Schwarz

Patrick Winschiers

Michael Luke

Philippe Dudek

Mohamed Newishy

Monika Aberham

Frank Schweizer

Johannes Wenzel

Horst Buck

Lutz Reißig

Martin Möser

Johann Blauel

Michael Burdack

Mirko Krajewski

Rolf Zeller

Eduard Reisacher

Sturla Aam

Die Belastungsgrenzen von Werkstoffen undBauteilen sind wesentlich von ihrer Mikrostruktur,der inneren Belastung durch Eigenspannungenund den Betriebsbeanspruchungen bestimmt. ZurKlärung der damit verbundenen technologischenFragestellungen werden experimentelle undnumerische Bewertungsmethoden eingesetzt.Lösungsvorschläge zur Optimierung der Herstel-lungsprozesse durch Design der Mikrostrukturund zur gezielten Beeinflussung des Eigenspan-nungszustandes in der Prozesskette werden erarbeitet.

»Die treffende Charakterisierung der Mikro-struktur und die Analyse des Einflusses vonHerstellungs- und Betriebsbedingungen, das istunsere Basis für die Ableitung effizienter Maß-nahmen zur Erweiterung der Einsatzgrenzen von Werkstoffen und Bauteilen.«

Dr. Wulf Pfeiffer

Mikrostrukturbasierte BauteilbewertungSchadensanalyse, zyklisches Werkstoffverhalten,

Mikrostrukturdesign, Eigenspannungen


Prozesssicheres Elektropolieren

Mikrostrukturbasierte Bauteilbewertung

Abb. 3Einseitige Kantenverrundung an Elektroden vonHochspannungs-Vakuumkondensatoren; keineoptimierten Elektropolierparameter.

EP

Stromdichte in A cm-2

Potential in V

UPR

H2 EL EI

10-6

1

aktiv passiv transpassiv

Lochfraßa) Cr, Nib) Fec) Ventilmetalle Al, Ti, Ta, Zr, Hfa)

b)

O2

c)

AufgabenstellungDas Elektropolieren ist eine in derIndustrie etablierte Methode, um Un-ebenheiten von Metalloberflächen zureduzieren (Abb. 1).

Beim gut beherrschten Standardelek-tropolierprozess befinden sich dasanodisch gepolte und zu polierendeWerkstück sowie eine Gegenelektrode(z.B. aus Platin) in einer auf den Werk-stoff abgestimmten Elektrolytlösung.Die für das Polieren optimalen Strom-dichten und Temperaturen werden ausentsprechenden Stromdichte-Poten-zialkurven entnommen (Abb. 2) undauf die Prozessparameter abgestimmt.

Der Bereich Mikrostruktur und Scha-densanalyse des Fraunhofer IWM erar-beitet zurzeit auf der Basis vorliegen-der Stromdichte-Potenzialkurven einneues Modell. Mit diesem soll es mög-lich sein, Kantengeometrien nach demElektropolierprozess vorauszuberech-nen. Im Fokus stehen Polierprozesse,bei denen beide Elektroden aus demgleichen Material bestehen und mehr-mals während des Polierens umgepoltwerden müssen.

VorgehensweiseAusgangspunkt für die Modellentwick-lung ist wie beim herkömmlichen Elek-tropolieren die Bestimmung der Strom-dichte-Potenzialkurve. Die für die Be-rechnung dieser Kurve notwendigenParameter werden am Fraunhofer IWMan einem speziell angefertigten Elek-tropolier-Demonstrator gemessen. Andiesem Demonstrator ist es möglich,alle für das Elektropolieren notwendi-gen Parameter zu variieren und aufzu-zeichnen.

Hintergrund für die Untersuchungensind nicht reproduzierbare Probleme,die z.B. beim Elektropolieren von Hochspannungs-Vakuumbauteilen auf-treten. Bei diesen Bauteilen liegen dieoben erwähnten Elektropolierbedin-

gungen, bei der beide Elektroden ausdem gleichen Werkstoff bestehen, vor.Hauptziele des Elektropolierens, dashier erst nach dem kompletten Zusam-menbau des Bauteils erfolgen kann,sind neben sehr glatten Elektroden-oberflächen vor allem die definierteVerrundung der Elektrodenkanten.

Ergebnisse Im ersten Abschnitt der Untersu-chungen wurden alle an Hochspan-nungs-Vakuumkondensatoren aufge-tretenen Elektropolierfehler erfasst.Dabei zeigte sich, dass nur wenigeFehler beim Polieren der Elektroden-fläche zu beobachten waren. DieHauptprobleme lagen dagegen beireproduzierbaren Elektropolierergeb-nissen der Elektrodenkanten. Hier kames bei gleichen Stromdichten zu star-ken Unterschieden bei der Kanten-verrundung, Abb. 3.

Die für eine optimale Kantenausbil-dung entscheidenden Parameter wer-den momentan im Rahmen einesProjektes mit Hilfe des Elektropolier-Demonstrators bestimmt und in einElektropolier-Modell eingearbeitet.

Dr. Lutz Reiß[email protected]

Leistungsbereich Mikrostruktur undSchadensanalyse Fragestellungen, denen sich die Mikro-struktur- und Schadensanalyse widmet,betreffen die Qualitätssicherung vonProzessen in der Zulieferindustrie, Pro-bleme der Serienfertigung oder Einzel-fragen zu auftretenden Schäden.Lösungsvorschläge für deren Vermei-dung bzw. zur Prozessoptimierungwerden erarbeitet.

AnsprechpartnerDr. Simone [email protected]


Abb. 1Prinzip des Elektropolierens: I Elektropolierein-richtung; II Werkstück vor dem Polieren; III Ein-ebnung der Oberfläche; IV Elektropolierte Ober-fläche. 1 Elektrolytbad, 2 Kathode, 3 Anode, 4 WerkstückeQuelle: http://www.tecnologix.net/technology/show? technology_id=336

Abb. 2Schematische Darstellung einer Stromdichte/Potenzialkurve von Metallen mit folgendenBereichen: H2=Wasserstoffentwicklung,UPR=Unterpotenzialbereich, aktiv=Materialauf-lösung bis zum Erreichen des Fladepotenzials,passiv=Bereich mit möglichem Lochfraß, a) mittranspassivem Bereich, b) ohne Transpassiv-bereich mit Sauerstoffentwicklung, c) Ventil-metalle ohne Sauerstoffentwicklung im trans-passiven BereichQuelle: P.Keller, »Elektrochemische und oberflächenanalytischeUntersuchungen zur anodischen Deckschichtbildung auf Zinnund Kupfer/Zinn-Legierungen«, Düsseldorf, 2006.

100 µm


AufgabenstellungDas Bohrlochverfahren ist als ökono-mische Methode zur teilzerstörendenEigenspannungsermittlung bekannt. Es beruht auf der Bestimmung vonDehnungsänderungen an der Ober-fläche des Bauteils durch definiertenEingriff in das Eigenspannungsgleich-gewicht (Bohren eines Sackloches),Abb. 1. Ein wesentlicher Nachteil desVerfahrens ist, dass die Angabe derMessunsicherheit nur durch (meistnicht machbare) Wiederholungsmes-sungen möglich ist.

Im Rahmen dieses Projektes sollte ge-prüft werden, ob, abweichend von derüblichen Vorgehensweise beim inkre-mentellen Bohrlochverfahren (schritt-weises Einsenken einer Bohrung), daszusätzliche schrittweise laterale Erwei-tern eines Bohrlochs die Angabe einerMessunsicherheit durch Regressions-analyse ermöglicht.

VorgehensweiseGrundidee zur Berechnung von Mess-unsicherheiten war, für jeden Tiefen-schritt das Bohrloch zusätzlich lateralaufzuweiten und so zusätzliche Deh-nungsauslösungen zur Verfügung zuhaben, die zur Berechnung einer Mess-wertstreuung herangezogen werdenkönnen. Der funktionale Zusammen-hang zwischen den Dehnungsumlage-rungen an der Bauteiloberfläche undinkrementeller Elimination spannungs-behafteter Volumenelemente wurdedurch Finite-Elemente-Modellierungbestimmt. Diese Kalibrierfunktionenkönnen nun zur Berechnung diskreterEigenspannungswerte für verschiedeneTiefen und Aufweitungen nach denbekannten linear-elastischen Ansätzendifferenzieller Verfahren herangezogenwerden. Durch Bohrversuche an einerZugprobe unter bekannten Lastspan-nungen wurden die Ergebnisse derFinite-Elemente-Berechnungen verifi-ziert.

ErgebnisseDie Auswertung der Bohrschritte mit-tels der numerisch bestimmten Kali-brierkoeffizienten und eines gängigendifferentiellen Auswerteverfahrens istin Abb. 2 für einen bekannten Last-spannungszustand von 200 MPa ge-zeigt. Die aus den lateralen Aufbohr-schritten errechneten Messwertstreu-ungen entsprechen den Erfahrungenbezüglich der Reproduzierbarkeit vonEigenspannungsermittlungen nachdem Bohrlochverfahren und bildenbekannte Schwächen des Verfahrens –unsichere Messwerte nahe der Bau-teiloberfläche und vor allem in größe-ren Tiefen – quantitativ ab (die gering-fügige Differenz zwischen Lastspan-nung und mittlerem Messergebnis istdurch Eigenspannungen der Probe verursacht).

Damit ist erstmals die Angabe vonMessunsicherheiten bei der Eigen-spannungsermittlung nach dem inkre-mentellen Bohrlochverfahren möglich,ohne dass Wiederholungsmessungenan vergleichbaren Bauteilstellen durch-geführt werden müssen.

Wulf [email protected]

Johannes [email protected]

LeistungsbereichErmüdungsverhalten,Eigenspannungen Der Leistungsbereich entwickelt experi-mentelle und numerische Methodenzur Festigkeitsbewertung hochbelas-teter Werkstoffe und Bauteile und zurBeeinflussung des Eigenspannungs-zustandes.


Eine neue Bohr- und Auswertestrategie zur Bestimmung von Messunsicherheitenbei der Eigenspannungsermittlung nach dem inkrementellen Bohrlochverfahren

Mikrostrukturbasierte Bauteilbewertung

Abb. 2Gemessener Spannungstiefenverlauf einer Zugprobe unter konstanter Lastspannung. Die ermittelten Messunsicherheiten gestattendie adäquate Bewertung der ermitteltenSpannungswerte.

0

200

Eigenspannung in MPa

0,5 1,5 21

0

400

600

800

1000

1200

Bohrtiefe in mm

Abb. 1Prinzip der Eigenspannungsermittlung mittelsinkrementellem Bohrlochverfahren.

DMS aufTrägerfolie

Vorschubschrittweise Aufnahme des

Dehnungs-Tiefenverlaufs


Das Fraunhofer IWM in der Fraunhofer-Gesellschaft:

Kooperationen und Vernetzung

Forschung für die Praxis ist die zentraleAufgabe der Fraunhofer-Gesellschaft.Die 1949 gegründete Forschungsor-ganisation betreibt anwendungsorien-tierte Forschung für die Wirtschaft undzum Vorteil der Gesellschaft. Vertrags-partner und Auftraggeber sind Indus-trie- und Dienstleistungsunternehmensowie die öffentliche Hand. Im Auftragvon Ministerien und Behörden desBundes und der Länder werden zu-kunftsrelevante Forschungsprojektedurchgeführt, die zu Innovationen imöffentlichen Nachfragebereich und inder Wirtschaft beitragen.

Die Wirkung der angewandten For-schung geht über den direkten Nutzenfür die Kunden hinaus: Mit ihrer For-schungs- und Entwicklungsarbeit tra-gen die Fraunhofer-Institute zur Wett-bewerbsfähigkeit der Region, Deutsch-lands und Europas bei. Sie fördernInnovationen, stärken die technologi-sche Weiterentwicklung, verbesserndie Akzeptanz moderner Technik undsorgen auch für Information undWeiterbildung des dringend benötig-ten wissenschaftlich-technischen Nach-wuchses.

Ihren Mitarbeiterinnen und Mitarbei-tern bietet die Fraunhofer-Gesellschaftdie Möglichkeit zur fachlichen undpersönlichen Entwicklung für an-spruchsvolle Positionen in ihren Insti-tuten, in anderen Bereichen der Wis-senschaft sowie in Wirtschaft undGesellschaft. Studentinnen undStudenten an Fraunhofer-Instituteneröffnen sich wegen der praxisnahenAusbildung und Erfahrung hervorra-gende Einstiegs- und Entwicklungs-chancen in Unternehmen.

Die Fraunhofer-Gesellschaft betreibtderzeit mehr als 80 Forschungsein-richtungen, davon 56 Institute, an 40 Standorten in ganz Deutschland.

12 500 Mitarbeiterinnen und Mitar-beiter, überwiegend mit natur- oderingenieurwissenschaftlicher Ausbil-dung, bearbeiten das jährliche For-schungsvolumen von 1,2 Milliarden €.

Davon fallen mehr als 1 Milliarde €auf den Leistungsbereich Vertragsfor-schung. Zwei Drittel dieses Leistungs-bereichs erwirtschaftet die Fraunhofer-Gesellschaft mit Aufträgen aus derIndustrie und mit öffentlich finanzier-ten Forschungsprojekten. Nur einDrittel wird von Bund und Ländern alsGrundfinanzierung beigesteuert, damitdie Institute Problemlösungen erarbei-ten können, die erst in fünf oder zehnJahren für Wirtschaft und Gesellschaftaktuell werden.

Niederlassungen in Europa, in den USAund in Asien sorgen für Kontakt zuden wichtigsten gegenwärtigen undzukünftigen Wissenschafts- und Wirt-schaftsräumen.

Namensgeber der als gemeinnütziganerkannten Fraunhofer-Gesellschaftist der Münchner Gelehrte Joseph vonFraunhofer (1787-1826), der alsForscher, Erfinder und Unternehmergleichermaßen erfolgreich war.

Die Fraunhofer-Gesellschaft



- Erhöhung von Sicherheit und Komfort sowie Reduzierung des Ressourcenverbrauchs in den Bereichen Verkehrstechnik, Maschinen- und Anlagenbau.

Die Institute

Fraunhofer-Institut für Kurzzeitdynamik EMILeitung: Prof. Dr. Klaus Thoma79104 FreiburgTel. +49 (0) 7 61/27 14-0Internet: www.emi.fraunhofer.de

Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAPLeitung: Dr. Hans-Peter FinkWissenschaftspark Golm14476 PotsdamTel. +49 (0) 3 31/5 68-10Internet: www.iap.fraunhofer.de

Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBPLeitung: Prof. Dr. Gerd Hauser, Prof. Dr. Klaus SedlbauerInstitutsteil Stuttgart70569 StuttgartTel. +49 (0) 7 11/9 70-00Institutsteil Holzkirchen83626 Valley/OberlaindernTel. +49 (0) 80 24/6 43-0Internet: www.ibp.fraunhofer.de

Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie ICTLeitung: Prof. Dr. Peter Elsner76327 PfinztalTel. +49 (0) 7 21/46 40-0Internet: www.ict.fraunhofer.de

Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnikund Angewandte Materialforschung IFAMBereich Endformnahe Fertigungstech-nologienLeitung: Prof. Dr. Matthias Busse28359 BremenTel. +49 (0) 4 21/22 46-0Internet: www.ifam.fraunhofer.deBereich Klebtechnik und OberflächenLeitung: Prof. Dr. Otto-Diedrich HennemannTel. +49 (0) 4 21/22 46-4 00Internet: www.ifam.fraunhofer.de

Fraunhofer-Institut für KeramischeTechnologien und Systeme IKTSLeitung: Prof. Dr. Alexander Michaelis01277 DresdenTel. +49 (0) 3 51/25 53-5 19Internet: www.ikts.fraunhofer.de

Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISCLeitung: Prof. Dr. Gerhard Sextl97082 WürzburgTel. +49 (0) 9 31/41 00-0Internet: www.isc.fraunhofer.de

Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISELeitung: Prof. Dr. Eicke Weber79110 Freiburg Tel. +49 (0) 7 61/45 88-0Internet: www.ise.fraunhofer.de

Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWMLeitung: Prof. Dr. Peter Gumbsch (Sprecher),und Prof. Dr. Ralf B. WehrspohnInstitutsteil Freiburg79108 FreiburgTel. +49 (0) 7 61/51 42-0Institutsteil Halle06120 HalleTel. +49 (0) 3 45/55 89-0Internet: www.iwm.fraunhofer.de

Fraunhofer-Institut für Zerstörungsfreie Prüfverfahren IZFPLeitung: Prof. Dr. Michael Kröning66123 SaarbrückenTel. +49 (0) 6 81/93 02-0Internet: www.izfp.fraunhofer.de

Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBFLeitung: Prof. Dr. Holger Hanselka64289 DarmstadtTel. +49 (0) 61 51/7 05-1Internet: www.lbf.fraunhofer.de

Fraunhofer-Institut für Holzforschung WKILeitung: Prof. Dr. Rainer Marutzky38108 BraunschweigTel. +49 (0) 5 31/21 55-0Internet: www.wki.fraunhofer.de

Vorsitzender des Verbundes: Prof. Dr. Holger Hanselka, Fraunhofer LBF,Stellvertreter: Prof. Dr. Peter Elsner, FraunhoferICT

KontaktDr. Ursula EulFraunhofer LBFBartningstraße 4764289 DarmstadtTel. +49 (0) 61 51/7 05-2 62E-Mail: [email protected]

Der Fraunhofer-VerbundWerkstoffe, Bauteile

Der Fraunhofer-Verbund Werkstoffe,Bauteile bündelt die Kompetenzen dermaterialwissenschaftlich orientiertenInstitute der Fraunhofer-Gesellschaft. Fraunhofer-Materialforschung umfasstdie gesamte Wertschöpfungskette vonder Entwicklung neuer und der Verbes-serung bestehender Materialien überdie Herstelltechnologie im industrie-nahen Maßstab, die Charakterisierungder Eigenschaften bis hin zur Bewer-tung des Einsatzverhaltens.Entsprechendes gilt für die aus denMaterialien hergestellten Bauteile undderen Verhalten in Systemen. In all die-sen Feldern werden neben den experi-mentellen Untersuchungen in Laborsund Technika gleichrangig die Verfah-ren der numerischen Simulation undModellierung eingesetzt. Stofflichdeckt der Fraunhofer-Verbund Werk-stoffe, Bauteile den gesamten Bereichder metallischen, anorganisch-nicht-metallischen, polymeren und aus nach-wachsenden Rohstoffen erzeugtenWerkstoffe ab. Sein Know-how setzt der Verbund inden volkswirtschaftlich bedeutendenHandlungsfeldern Energie, Gesundheit,Mobilität, Informations- und Kommu-nikationstechnologie sowie Bauen undWohnen ein, um über maßgeschnei-derte Werkstoff- und Bauteilentwick-lungen Systeminnovationen zu realisie-ren. Mittelfristige Schwerpunktthemendes Verbundes sind unter anderem:- Steigerung der Effizienz von

Systemen der Energiewandlung undEnergiespeicherung,

- Verbesserung der Biokompatibilität und Funktion von medizin- oder bio-technisch eingesetzten Materialien,

- Erhöhung der Integrationsdichte und Verbesserung der Gebrauchs-eigenschaften von Bauteilen der Mikroelektronik und Mikrosystem-technik,

Themenverbünde und Zentren

Fraunhofer-ThemenverbundVerkehrIm Fraunhofer-ThemenverbundVerkehr bündeln sechzehn Fraunhofer-Institute ihre verkehrsrelevanten Kom-petenzen. Zu den Themenschwer-punkten zählen: Verkehrsmanagementund -systeme; Güterverkehr undLogistik; IT-Systeme für Fahrzeug undFahrer einschließlich Mikroelektronik-Komponenten; Werkstoffe und Kom-ponenten; Diagnose, Instandhaltungund Sicherheit.www.verkehr.fraunhofer.deAnsprechpartner im Fraunhofer IWM:Dr. Michael Luke

Fraunhofer-ThemenverbundAdaptronikAdaptronik integriert aktuatorischeund sensorische Funktionen in Struk-turen und verknüpft diese durch adap-tive regelungstechnische »Intelligenz«.Hierdurch können Strukturen ihrenZustand selbst erkennen und aktiv aufihn reagieren. Die Adaptronik hat einbesonderes Einsatzpotenzial in denBereichen der Fahrzeugtechnik, demWerkzeugmaschinen- und Anlagen-bau, der Medizin-, Luft- und Raum-fahrttechnik, der Optik und Wehr-technik.www.adaptronik.fraunhofer.deAnsprechpartnerin im FraunhoferIWM: Dr. Bärbel Thielicke

Fraunhofer-ThemenverbundNanotechnologieNanotechnologie umfasst Quer-schnittstechnologien mit Werkstoffen,Bauteilen und Systemen, deren Funk-tion auf den besonderen Eigenschaf-ten nanoskaliger (< 100 nm) Größen-ordnung beruhen. In der Fraunhofer-Gesellschaft sind mehr als 20 Instituteauf diesem Gebiet tätig. Der Themen-verbund fokussiert seine Aktivitätenauf zwei Leitthemen: Multifunktionelle

Schichten für den Automobilbereichund das Design spezieller Nanopartikelals Trägersubstanzen für Biotechnikund Medizin.www.nano.fraunhofer.de Ansprechpartner im Fraunhofer IWM:Dr. Michael Moseler, Prof. Dr. AndreasHeilmann

Fraunhofer-ThemenverbundHochleistungskeramik, Fraunhofer-DemonstrationszentrumHochleistungskeramikWerkstoffe und Bauteile auf der Basisvon Hochleistungskeramik stellen einausgewiesenes Kompetenzfeld derFraunhofer-Gesellschaft dar. Entlangder gesamten Wertschöpfungskettereicht das Forschungsspektrum von derModellierung und Simulation über dieanwendungsorientierte Entwicklungvon Werkstoffen, Fertigungsprozessenund Bearbeitungstechnologien bis hinzur Bauteilcharakterisierung, Bewer-tung und zerstörungsfreien Prüfungunter Einsatzbedingungen.www.advancer.fraunhofer.deAnsprechpartner im Fraunhofer IWM:Dr. Andreas Kailer

Fraunhofer-ThemenverbundNumerische Simulation vonProdukten, ProzessenDas Ziel des Themenverbundes ist es,institutsübergreifende Aufgabenstel-lungen zur Entwicklung und Verbes-serung von Simulationsverfahren auf-zugreifen und als Ansprechpartner füröffentliche und industrielle Auftrag-geber die Interessen der im Verbundzusammengeschlossenen Institute zuvertreten. Die Bündelung der Kompe-tenzen aus dem luK-Bereich mit demWerkstoff- und Bauteil-Know-howsowie mit der Oberflächen- und Pro-duktionstechnik verspricht innovativeErgebnisse.www.nusim.fraunhofer.deAnsprechpartner im Fraunhofer IWM:Prof. Dr. Peter Gumbsch



Das Fraunhofer-Pilotanlagen-zentrum für Polymersynthesen und-verarbeitungDas Fraunhofer Pilotanlagenzentrumfür Polymersynthese und -verarbeitungPAZ im ValuePark der Dow Olefinver-bund GmbH, Schkopau, ist einegemeinsame Initiative der Fraunhofer-Institute für Angewandte Polymerfor-schung IAP und WerkstoffmechanikIWM. Das PAZ entwickelt neueProdukte und Technologien entlangder gesamten Wertschöpfungskette,ausgehend vom Monomer über dieSynthese und Verarbeitung bis zumgeprüften Bauteile nach Maß. DasLeistungsangebot umfasst Polymer-synthesen im Labormaßstab und dieverfahrenstechnische Überführung indie Pilotanlagen (bis zu 750 I Reaktor-volumen), die Entwicklung von Kunst-stoffcompounds und die Optimierungvon Compoundier- und Verarbeitungs-prozessen.Ansprechpartner im Fraunhofer IWM:Dr. Michael Busch

Integrierte Leichtbausysteme (Fraunhofer-Innovationsthema,Koordination Fraunhofer IWM)Die Institute der Fraunhofer-Gesell-schaft stellen in vielen Disziplinen desLeichtbaus ihre Kompetenz zur Gene-rierung fachspezifischer Innovationenund deren Überführung in die Praxisunter Beweis. Zusammen bilden siedarüber hinaus auch die für dieSchlüsseltechnologie »Leichtbau« rele-vanten Kompetenzfelder in ihrer Breiteab. Durch die Bündelung der system-übergreifenden Leichtbaukompetenzen

ihrer Institute und deren Weiterent-wicklung ist die Fraunhofer-Gesell-schaft in der Lage, sich noch wirkungs-voller für die Erhaltung und den Aus-bau der Wettbewerbsfähigkeit derdeutschen und europäischen Fahr-zeug- und Maschinenbauindustrie ein-zusetzen. Mit institutsübergreifendenProjekten und koordinierter Vorlauf-forschung gehen die Fraunhofer-Institute gemeinsam die Herausforde-rung »Integrierte Leichtbausysteme«an. Ansprechpartner im Fraunhofer IWM:Dr. Thomas Hollstein

Simulierte Realität: Werkstoffe,Produkte und Prozesse(Fraunhofer-Innovationsthema,Koordination Fraunhofer IWM)Simulierte Realität bezeichnet denAnsatz, naturwissenschaftlich/techni-sche Simulation und Optimierung mitmodernen Visualisierungs- und Inter-aktionsmethoden wie Virtual Realityzusammenzuführen. Schwerpunkt istdie Entwicklung von Softwarewerk-zeugen für ein integriertes Design vonWerkstoffen, Produkten und Prozes-sen. Diese gestatten sowohl die simu-lationsbasierte Abwägung von Vari-anten (Computational Engineering) alsauch eine multikriterielle Optimierung(Reverse Engineering). SimulierteRealität beschleunigt durch Multi-skalenmaterialmodellierung die Bau-teilentwicklung und verbessert dasVerständnis des Bauteilverhaltens. Ins-besondere für ein integriertes Designvon Produkten und Prozessen werdenVirtual-Reality-basierte interaktiveEntscheidungswerkzeuge bereitge-stellt.Ansprechpartner im Fraunhofer IWM:Prof. Dr. Peter Gumbsch

crashMAT, Freiburger Zentrum für crashrelevante Material- undBauteilcharakterisierungZur Vorhersage der Crashsicherheitvon Fahrzeugkomponenten werden imRahmen von crashMAT, einer Koope-ration der Fraunhofer-Institute IWMund EMI, validierte Lösungsansätze aufBasis experimenteller und numerischerBewertungsmethoden entwickelt undangewendet, mit denen in Ergänzungzur Energieaufnahme und zum Verfor-mungsverhalten auch Versagen oderBruch von Strukturkomponenten vor-ausberechnet werden können.Neben der Entwicklung stellt dieStandardisierung experimenteller undnumerischer Bewertungsmethodeneinen wichtigen Bestandteil der crashMAT Arbeiten dar. In einem aktu-ellen, von der AiF geförderten Projekt,wird zusammen mit Partnern aus derIndustrie eine Richtlinie zur Ermittlunggültiger Werkstoffkennwerte für dieCrashsimulation erarbeitet. Damit wirdein wesentlicher Beitrag zur Standar-disierung und Bewertung von Prüf-methoden und Auswerteverfahren fürdie Werkstoffgruppen (Stahl, Al- undMg-Legierungen) und die Produkte(Blech, Strangpressprofil und Guss)geleistet.Ansprechpartner im Fraunhofer IWM:Dr. Dieter SiegeleAnsprechpartner im Fraunhofer EMI:Priv.-Doz. Dr. Stefan Hiermaierwww.crashmat.de


Gemeinschaftsforschung in der Fraunhofer-Gesellschaft

Kontinuierliche Technologie zurHerstellung von Saphirfasern(KonTeSa)

Die Wirtschaftsorientierte StrategischeAllianz KonTeSa zielt auf eine neuarti-ge, kontinuierliche Technologie zurHerstellung von sehr dünnen Saphir-fasern mit Durchmessern von ca. 12 µm. Die Gefüge der Fasern sollenzur Erreichung einer hohen Kriech-festigkeit zu 80 Volumenprozent ausEinkristallen von 150 µm und längerbestehen. Diesen Part bearbeitet dasFraunhofer ISC in Würzburg. Die Aufgaben des Fraunhofer IWMbestehen in der numerischen Simula-tion zum Kornwachstum sowie in dermikrostrukturellen und mechanischenCharakterisierung der zu entwickeln-den Fasern und einkristallinenFaserabschnitte.

Ansprechpartner im Fraunhofer IWM:Dr. Bärbel Thielicke, Heiko Knoll

Multifunktionale Membrankon-struktionen – Variable Membran-konstruktionen für den Leichtbau

Ziel der Wirtschaftsorientierten Strate-gischen Allianz »MultifunktionaleMembrankonstruktionen« ist es, dieEigenschaften und die Funktionalitätvon ETFE-basierten Membranen,Membrankissen und Kissen-Gesamt-systemen (in der Kombination mitanderen Nichtmembran-Systemen) zuverbessern. Aus den bisherigen Mög-lichkeiten der Kombination verschiede-ner Membranlagen und Systemkompo-nenten soll ein bauphysikalisch und

materialtechnisch optimierter System-baukasten entwickelt werden, mit demsich einfach und zielgerichtet beste-hende Anforderungen an ein mem-branumschlossenes Gebäude reali-sieren lassen.

Ansprechpartner im Fraunhofer IWM:Jörg Lucas, Prof. Dr. Andreas Heilmann

Wirtschaftliche Serienproduktionmaßgeschneiderter Optikkompo-nenten aus Glas mit hohemMarktpotenzial (Tailored Optics)

Ziel der Wirtschaftsorientierten Strate-gischen Allianz »Tailored Optics« istdie Entwicklung, Optimierung undBewertung der gesamten Technologie-kette für die Herstellung hochpräziserHartmetall-Formwerkzeuge für dieGlasheißformgebung. Letztlich sollerreicht werden, marktfähige Optikenaus Glas für zukunftsträchtige Anwen-dungen in fortschrittlichen Systemenbereitzustellen. Zentrales Ergebnis bil-det neben der Werkzeugkonzeptionund -konstruktion, die Formwerkstoff-herstellung, die Ultrapräzisionsbear-beitung, die Beschichtung sowie derEinsatz der Werkzeuge in der Heiß-formgebung. Die schnelle und erfolg-reiche Umsetzung der zugehörigenFuE-Aktivitäten wird durch die ausge-wiesenen Kompetenzen der beteiligtenInstitute (IWM, IOF, IPT, IKTS und IWU)sichergestellt.

Ansprechpartner im Fraunhofer IWM:Dr. Frank Burmeister, Dr. Peter Manns

Wirtschaftsorientierte Strategische Allianzen


Carbon Nanotube Aktoren (Carnak)

Ziel ist die Optimierung der elektro-chemischen Aktuation von Papier aus Kohlenstoffnanoröhrchen. DasFraunhofer IWM ist innerhalb desKonsortiums für die Multiskalenmo-dellierung der zugrundeliegendenMechanismen zuständig.

Ansprechpartner im Fraunhofer IWM:Dr. Michael Moseler

Technische Nutzung von Forisomen

Im Rahmen dieses Projektes soll einerst kürzlich charakterisiertes mecha-no-chemisches Protein – das Forisom –auf biotechnologischer Basis herge-stellt und technische Einsatzmöglich-keiten für Mikro- und Nanosystemegefunden werden. Am FraunhoferIWM in Halle werden die biophysi-kalischen Eigenschaften bewertet(Morphologie, Kraftwirkung, mecha-nische Einsatzbewertung) und Proto-typen für Mikro- und Nanosysteme (z. B. molekulare Pinzetten, mikroflui-dische Schalter oder Linearmotoren)konstruiert.

Ansprechpartner im Fraunhofer IWM:Prof. Dr. Andreas Heilmann

Nano-und Mikrostrukturen inBauteilen mit hoher Zuverlässigkeitder Funktionseigenschaften – nano Z

Der Schwerpunkt liegt in der Unter-suchung elementarer Schädigungspro-zesse an elektromechanisch, thermo-mechanisch, biochemisch-biomecha-nisch und elektrochemisch bean-spruchten Materialverbünden. Siebestimmen beispielsweise die Funktionund Zuverlässigkeit von mikroelektroni-schen Bauelementen, keramischen Ak-tuatoren, Brennstoffzellen oder schalt-baren Polymerschichten. Hierfür wer-den neue Analyse- und Bewertungs-verfahren entwickelt.

Ansprechpartner im Fraunhofer IWM:Dr. Matthias Petzold, Frank Altmann

Gemeinschaftsforschung in der Fraunhofer-Gesellschaft

Marktorientierte Vorlaufforschungsprojekte

Anhang



Diplomarbeiten

Bianca BöttgeTechnische UniversitätBergakademie FreibergUntersuchung der mechanischenund mikrostrukturellen Eigen-schaften von Silizium-Glaslot-Silizium und Silizium-Glaslot-StahlVerbindung

Frank DietrichFachhochschule MerseburgEntwicklung und Optimierungeiner laserstrahlbasierten Deh-nungsmessung (ISDG)

Philipp DietscheFachhochschule KölnAuslegung und Aufbau einesPrüfstands für Hochtemperatur-Rohrversuche

Daniel EbelFachhochschule FurtwangenEntwicklung und Prüfung einerAnsteuerung für komplexe mecha-nische Testungen an biomedizini-schen Materialien und medizinisch-technische Komponenten

Daniela EberlFachhochschule OffenburgBiaxiale Beanspruchung von GFK-Rohrproben

Sigrun EbestFachhochschule Bonn-Rhein-SiegFunktionalisierte Beschichtungenfür die Heißformgebung

Verena FuhrFachhochschule KoblenzSchädigungsverhalten vonKeramikoberflächen

Birgit HaugFachhochschule FurtwangenAbformverhalten von anorgani-schem Glas im Kontakt mit neuenFormenwerkstoffen

Yvonne JahnUniversität Halle-WittenbergUntersuchung des Einflusses tech-nologischer Parameter bei derVerarbeitung mit CRF verstärktemHDPE an der IMC auf die mechani-schen Eigenschaften

Björn HenrichAlbert-Ludwigs-Universität Freiburg01.11.03-30.06.06

Bernd HuberAlbert-Ludwigs-Universität Freiburg01.10.05-30.09.06

Iyas KhaderUniversität Karlsruhe15.08.06-14.08.08

Marcin KnecLublin University of Technology,Polen27.11.05-27.02.06

Pekka KoskinenAcademy of Finland,Albert-Ludwigs-Universität Freiburg01.02.06-31.01.07

Gianpietro MorasKing`s College London, United Kingdom20.11.06-22.12.06

Mohamed NewishyGerman University Cairo, Ägypten15.09.06-14.09.07

Luigia PezziUniversity of Calabria, Italien03.10.06-31.10.06

Jisen QiaoLanzhou University of Technology,China01.05.06-30.09.06

Sergey RikhertFraunhofer IZFP, Saarbrücken12.12.05-20.02.06

Ben RussellCavendish Laboratory, Cambridge,United Kingdom05.12.05-20.01.06

Jolanta SadowskaLublin University of Technology,Polen01.06.06-31.08.06

Tomasz SadowskiLublin University of Technology,Polen01.06.06-31.08.06

Dieter Stahn01.09.05-31.12.06

Jiri SvobodaUniversität Brno, Tschechien24.07.06-04.08.06

Preise und Ehrungen

Verleihung des Hugo-Geiger-Preisesder Fraunhofer-Gesellschaft anFrauke Junghans für ihreDiplomarbeit zur »Mikro-mechanischen Charakterisierungvon Seidenproteinschichten«.Verliehen anlässlich der Jahres-tagung der Fraunhofer-Gesellschaftam 19.10.2006.

Verleihung des Werkstoffmecha-nikpreises der PMG Füssen GmbHan Christof Koplin am 09.06.2006anlässlich der Kuratoriumssitzungdes Fraunhofer IWM. Anerken-nungsprämien für Nominierungzum Werkstoffmechanik-Preis anFrauke Junghans und AndriyKrasowsky.

Verleihung des Diplomandenpreisesder »European Powder MetallurgyAssociation EMPA« an Baris AhmetYazici für seine Arbeit »Numericalorganisation of a workpiece geo-metry for PM surface densificationprocess«.

Gäste im Institut Freiburg

Ibrahim Zaed Al-ShamiAlbert-Ludwigs-Universität Freiburg01.09.05-31.12.06

Daniel ColeCavendish Laboratory, Cambridge,United Kingdom15.05.06-16.06.06

Lucio Colombi Ciacchi Stipendiat der Alexander-von-Humboldt Stiftung01.07.05-31.12.06

Matthias GurrAlbert-Ludwigs-Universität Freiburg01.04.06-31.03.07

Mohamed HarrazGerman University Cairo, Ägypten01.07.06-30.09.06

Adham HashibonUniversität Karlsruhe01.04.05-31.03.07

Lucy HeadyCavendish Laboratory, Cambridge,United Kingdom04.05.06-10.06.06



Prof. Dr. Dieter Katzer, Dr. Matthias Petzold, Prof. Dr. Andreas HeilmannFachhochschule Merseburg

Introduction to MultiscaleModeling of MaterialsPriv.-Doz. Dr. Michael MoselerAlbert-Ludwigs-Universität Freiburg

BruchmechanismenProf. Dr. Hermann RiedelUniversität Karlsruhe

SS 2006Electronic Structure of CondensedMatter 2Prof. Dr. Christian ElsässerUniversität Stuttgart

Anwendung höherer Programmier-sprachen im MaschinenbauProf. Dr. Peter Gumbsch undDr. Daniel Weygand Universität Karlsruhe

Qualitätsmanagement und struktu-rierte ProjektarbeitProf. Dr. Peter Gumbsch undMitarbeiterUniversität Karlsruhe

Mikrostruktur basierte Werkstoff-mechanikProf. Dr. Peter Gumbsch und Dr. Daniel Weygand Universität Karlsruhe

Surface Modification, Corrosion,Corrosion ProtectionProf. Dr. Andreas HeilmannMartin-Luther-Universität Halle-Wittenberg

Mechanik der VerbundwerkstoffePriv.-Doz. Dr. Jörg HoheUniversität Siegen

Technische AkustikProf. Dr. Peter HolsteinTechnische Universität Ilmenau

Surface growth: from toy modelsvia continuum growth equations tofractal theoriesPriv.-Doz. Dr. Michael MoselerAlbert-Ludwigs-Universität Freiburg

Numerische Simulation von Fertig-ungsschritten und BauteilverhaltenProf. Dr. Hermann RiedelUniversität Karlsruhe


Christian RetschkeUniversität DresdenMessvorrichtung zur Bestimmungder Abzugsgeschwindigkeit vonRovings

Carsten SauerbierFachhochschule FurtwangenElektrostatisches Spinnen biokom-patibler Polymervliese

Tobias SchenkUniversität Freiburg Numerische Simulation des Draht-ziehens von Wolfram-Verformungs-und Versagensverhalten

Michael SchlesingerFachhochschule OffenburgLebensdauervorhersage thermischund mechanisch belasteter Kraft-werksbauteile

Volker SteierFachhochschule FurtwangenOptimierung der Polymerisations-behandlung von Polymer-Keramik-Verbundwerkstoffen mit interpene-trierenden Matrizes

Markus VogelHochschule für Technik, Wirtschaftund Kultur LeipzigMessung und Simulation der Ver-formungseigenschaften von Au-Drahtbondloops

Johannes WenzelUniversität KarlsruheErmittlung von Messunsicherheitenbei der Eigenspannungsermittlungnach dem Bohrlochverfahren durchAnwendung einer neuen Bohr-strategie

Vorlesungen

WS 2005/2006Electronic Structure of CondensedMatter 1Prof. Dr. Christian ElsässerUniversität Stuttgart

Versagensverhalten von Konstruk-tionswerkstoffenProf. Dr. Peter Gumbsch, Prof. Dr. Oliver Kraft und Dr. Daniel WeygandUniversität Karlsruhe

Werkstoffmodellierung undSimulation IProf. Dr. Peter GumbschUniversität Karlsruhe

Übungen Werkstoffmodellierungund Simulation IProf. Dr. Peter Gumbsch, Dr. Daniel Weygand und Astrid WalckerUniversität Karlsruhe

Einführung in das wissenschaftlicheProgrammierenProf. Dr. Peter Gumbsch und Dr. Daniel WeygandUniversität Karlsruhe

Werkstoffmechanik: AktuelleThemenProf. Dr. Peter Gumbsch undMitarbeiterUniversität Karlsruhe

Surface Modification, Corrosion,Corrosion ProtectionProf. Dr. Andreas HeilmannMartin-Luther-Universität Halle-Wittenberg

Technologies for MicrosystemFabricationProf. Dr. Andreas HeilmannHochschule Anhalt, Köthen

Angewandte Mechanik – PlastizitätPriv.-Doz. Dr. Jörg HoheUniversität Siegen

Werkstoffe und Technologie derMikroelektronik und Mikrosystem-technik

Normen KilgusUniversität KarlsruheNumerische Untersuchung zumEinfluss von Verfestigungen undEigenspannungen beim instrumen-tierten Eindruckversuch

Michael KrauseUniversität Halle-WittenbergGefügeentwicklung und lokalemechanische Eigenschaften vonLotkontaktierungen mikroelektro-nischer Bauelemente

Cecile KrebsInstitut Supérieur de Mécaniquedes Paris, Supméca (Frankreich)Numerische Untersuchungen zumSensor- und Aktuatoreneinsatz vonPZT-Flächenkompositen

Maik LänginFachhochschule OffenburgHerstellung asphärischer Press-werkzeuge für die Glasform-gebung durch Hochpräzisions-bearbeitung

Mathias LöfflerUniversität ChemnitzUntersuchungen zur Lebensdauervon PZT-Flächenkompositen fürAktuator- und Sensoranwen-dungen

Gerhard MaierUniversität StuttgartImplementation of a mechanicalfinite-element for the use withhypoelastic constitutive equations

Pablo Martinez-RodriguezUniversität StuttgartApplication of kriging interpolationto parameter identification pro-blems

Naumann FalkUniversität DresdenCharakterisierung dynamischerEigenschaften und Parameter-Identifikationen an Silizium-MEMS-Strukturen

Kerstin OehseUniversität Halle-WittenbergBewertung von Zellkulturen auffunktionalisierten Oberflächen mitelektronenoptischen Verfahren

Christian ProbstFachhochschule MerseburgEntwicklung einesMikrodruckprüfstandes zurBewertung von Bonddrähten


BruchmechanismenProf. Dr. Hermann RiedelUniversität Karlsruhe

PhotovaltaikProf. Dr. Ralf B. WehrspohnMartin-Luther-Universität Halle-Wittenberg

Vom Fraunhofer IWM organisierte Veranstaltungen

2. International Workshop on Wafer Bonding for MEMSTechnologies09.-11.04.06, Halle

CrashMat-Tagung des FreiburgerZentrums für crashrelevante Bau-teilcharakterisierung25.-26.04.06, Freiburg(Gemeinschaftsveranstaltung vonFraunhofer IWM und FraunhoferEMI)

»CrossBeam®«-Workshop undInbetriebnahme der neuen Zeiss1540EsB CrossBeam®-Workstation 26.-27.04.06, Halle

Festveranstaltung 35 JahreFraunhofer IWM09.05.06, Denzlingen

3. International ConferenceMultiscale Materials Modeling18.-22.09.06, Freiburg

Kolloquium »Analytik und Metro-logy in der Halbleiterindustrie:neue Prozesse, neue Materialien,neue Konzepte« anlässlichVerabschiedung von Prof. Dr.Dieter Katzer in den Ruhestand28.09.06, Halle

Workshop Keramische Hochleis-tungswerkstoffe: Werkstoffprü-fung, Lebensdauerberechnung16. und 17. November 2006,Freiburg (Veranstaltung desFraunhofer Demonstrations-zentrums HochleistungskeramikAdvanCer, Beteiligung FraunhoferIWM)

Messebeteiligungen

Hannover Messe Industrie24.-28.04.06, Hannover

Glasstec24.-28.10.06, Düsseldorf

Composites Europe 200620.-22.09.06, Essen

WS 2006/2007Superconductivity 1Prof. Dr. Christian ElsässerUniversität Stuttgart

Versagensverhalten von Konstruk-tionswerkstoffenProf. Dr. Peter Gumbsch, Prof. Dr. Oliver Kraft und Dr. Daniel WeygandUniversität Karlsruhe

Werkstoffmodellierung undSimulation Prof. Dr. Peter GumbschUniversität Karlsruhe

Übungen zu Werkstoffmodellie-rung und Simulation Prof. Dr. Peter Gumbsch und Dr. Daniel WeygandUniversität Karlsruhe

Einführung in das wissenschaftlicheProgrammierenProf. Dr. Peter Gumbsch und Dr. Daniel WeygandUniversität Karlsruhe

Werkstoffmechanik: aktuelleThemenProf. Dr. Peter Gumbsch undMitarbeiterUniversität Karlsruhe

Technologies for MicrosystemFabricationProf. Dr. Andreas HeilmannMartin-Luther-Universität Halle-Wittenberg

Angewandte Mechanik – PlastizitätPriv.-Doz. Dr. Jörg HoheUniversität Siegen

Werkstoffmechanik Prof. Dr. Peter HolsteinTechnische Universität Ilmenau

Werkstoffe und Technologie derMikroelektronik und Mikrosystem-technikProf. Dr. Dieter Katzer, Dr. Matthias Petzold, Prof. Dr.Andreas HeilmannFachhochschule Merseburg

Introduction to density functionaltheoryPriv.-Doz. Dr. Michael MoselerAlbert-Ludwigs-Universität Freiburg



Seminare des Fraunhofer IWM

05.05.2006 Volker SchulzeInstitut für Werkstoffkunde,Universität Karlsruhe Simulation von Wärmebehand-lungsprozessen an Stählen – Um-wandlungsvorgänge, Wärmeüber-gang und Komplexität der Bau-teilgeometrie

12.05.2006Volker SteierFraunhofer IWM, FreiburgKunststoff-Keramik-Verbundwerk-stoff für die dentale Restauration –Herstellung und Verfahrensopti-mierung

09.06.2006 Yanyao JiangDeptartment of MechanicalEngineering, Univ. of Nevada,Reno, USA, z. Z. TU Darmstadt Constitutive modeling and life timeprediction on metallic materials

30.06.2006 Thomas EvertzWerkstoffsimulation und -optimie-rung, Salzgitter MannesmannForschung, Salzgitter Entwicklungen auf dem Stahl-sektor – Eigenschaften von Stahl

07.07.2006Matthias SchergeIAVF Antriebstechnik AG, KarlsruheTribologische Nanoeffekte beiReibung und Verschleiß

Seminare Freiburg

13.01.2006Marcel BerveillerEcole Nationale Supérieure d'Artset Métiers (ENSAM), Laboratoire de Physique et de Mécanique desMatériaux (LPMM), Metz,FrankreichModeling martensitic transforma-tion at different length scales

20.01.2006Frank BurmeisterFraunhofer IWM, FreiburgErzeugung, Eigenschaften undAnwendungen nanostrukturierterHartstoffschichten

10.02.2006 Yakiv BrontfeynFraunhofer IWM, FreiburgLABVIEW- Lösungen für komplexeVersuchsaufbauten im IWM,Erfahrungen und Neuigkeiten

24.02.2006 Uwe VohrerFraunhofer IGB, StuttgartAktuatoren aus Kohlenstoffnano-röhrchen

17.03.2006Robert EberleinBiomechanics and Implants, SulzerInnotec, Winterthur (CH)Evaluierung von Rückenimplan-taten: eine große Herausforderungfür die Kontinuumsmechanik

14.07.2006 Lutz ReissigFraunhofer IWM, FreiburgEinfluss verschiedener Bearbei-tungsverfahren auf die Titan-legierung Ti6Al4V

21.07.2006Thomas SpeckFakultät für Biologie, UniversitätFreiburgHighTech Labor Natur – vonPflanzen lernen für die Technik

11.08.2006Frank HenningFraunhofer ICT, PfinztalEin Überblick über FuE im ICT undeinige interessante Ergebnisse

15.09.2006 Christof KoplinFraunhofer IWM, Freiburg Der Aufbau von Eigenspannungenund die Bestimmung mechanischerKennwerte während der Lichtpoly-merisation von dentalen Kompo-siten

22.09.2006 Wolfgang NiessnerPfeiffer Vacuum GmbH, AsslarVacuum-Pumpen für dieHartstoffbeschichtung

13.10.2006Thomas Böllinghaus, Bundesanstaltfür Materialforschung und -prü-fung (BAM), BerlinWerkstoffunterstützte Rissbildungin Rohrleitungsschweißungen


Seminare Halle

12.04.2006Kevin TurnerUniversity of Wisconsin, MadisonMeasurement of the ViscoelasticProperties of Red Blood Cells

12.04.2006Ronny SchulzLehrstuhl für Zelltechniken undAngewandte Stammzellbiologie;Universität LeipzigBiomechanische Aspekte desKnorpel Tissue Engineerings

06.07.2006Franz FaupelLehrstuhl für Materialverbunde,Technische Fakultät der UniversitätKielPolymer-Metall-Nanocomposite fürfunktionelle Anwendungen

21.08.2006Derek J. HansfordThe Ohio State University,Department of Materials Science &EngineeringBiological micromechanics and bio-medical microdevices

20.10.2006 Thomas BöhlkeInstitut für Technische Mechanik,Universität KarlsruheTexturbasierte Werkstoffmodel-lierung

27.10.2006Hermann RiedelFraunhofer IWM, Freiburg Entbindern von keramischen Piezo-aktoren

10.11.2006 Mariya YurachkoFraunhofer IWM, FreiburgQuasikristalle: Die dritte Art derFestkörper

24.11.2006 Andreas KailerFraunhofer IWM, FreiburgGrafitschichten auf SiC für tribo-logische Anwendungen in Dich-tungen und Lagern

08.12.2006 Silke SommerFraunhofer IWM, FreiburgModellierung des Verformungs-und Versagensverhalten von Punkt-schweißverbindungen

13.12.2006 Olivier Chauvet, CNRS, IMN,Universität Nantes, Frankreich Elaboration, characterization andphysical properties of carbon nano-tubes/polymer composites

Crashsicherheit, Schädigungsmechanik

Entwicklung und Anwendung vonErsatzmodellen zur Modellierungvon Klebverbindung unter Crash-belastung (FOSTA)

Charakterisierung und Ersatzmo-dellierung von Hybridverbindungen(Punktschweißen + Kleben, Stanz-nieten + Kleben) unter Crashbelas-tung (Industrie)

Bestimmung von Schädigungspara-metern für die Crashsimulation vonAluminiumkomponenten (Industrie)

Durchgängige Modellierung desVersagens bei Umform- und Crash-simulation (Industrie)

Dehnraten- und Mehrachsigkeits-einfluss auf das Bruchverhalten vonGusswerkstoffen (Industrie)

Charakterisierung und Modellie-rung von Kunstoffen unter Crash-belastung (Industrie)

Numerische Berechnung vonCTOD-Werten für Biegeproben undRohre mit Rissen in der Schweiß-naht (Industrie)

Untersuchung des Einflusses mikro-skopischer Deformationsmecha-nismen auf das makroskopischeVerhalten gummimodifizierterThermoplaste (DFG)


Geschäftsfeld Sicherheit undVerfügbarkeit von Bauteilen

Anlagensicherheit,Bruchmechanik

Weiterentwicklung von Bewer-tungskonzepten für Risspostulatein plattierten Kraftwerkkompo-nenten (Gesellschaft für Reaktorsicherheit,BMWi)

Bruchmechanische Sicherheits-bewertungen und Traglastberech-nungen von Reaktordruckbehältern(Industrie)

Einsatz von schädigungsmechani-schen Methoden zum Nachweisder Fehlertoleranz von Raumfahrt-komponenten (Industrie)

Bewertung von Rohrleitungen undMaschinenbauteilen mit numeri-schen und bruchmechanischenMethoden (Industrie)

Entwicklung von probabilistischenBerechnungsmethoden zum Struk-turverhalten heterogener Werk-stoffe (DFG)

Design eines Verbundwerkstoffesfür Hochtemperaturanwendungen(FZK)

Lebensdauerbewertung vonSchweißverbindungen für zukünf-tige emissionsarme Kraftwerke(BMWi, EU)

Projektübersicht

Geschäftsfeld Hochleistungs-werkstoffe und Tribosysteme

Verschleißschutz, Tribologie,Technische Keramik

DiaCer: DiamantbeschichteteKeramiken – Werkstoffentwicklungund Anwendungsqualifizierung fürWendeschneidplatten, Ziehsteineund Gleitringdichtungen (BMBF, Industrie)

Neue keramische Werkstoffe fürForm- und Profilwalzen und andereKomponenten der Walztechnik(BMBF, Industrie)

Keramische Walzsysteme ausSiliciumnitrid (DFG)

Keramikwerkzeuge für dieGlasfertigung (BMWA, Industrie)

Demonstrationszentrum»AdvanCer« Systementwicklungmit Hochleistungskeramik(Fraunhofer-Gesellschaft)

Modellierung des tribologischenVerhaltens von Siliciumcarbid inWasser auf Basis der Korrosions-eigenschaften (DFG)

Keramikverschraubungen(Fraunhofer-Gesellschaft)

Entwicklung einer wirtschaftlichenBearbeitungstechnologie für das Hochgeschwindigkeits- und Hochleistungsplanschleifen mitPlanetenkinematik (Fraunhofer-Gesellschaft)

Verbundwerkstoffe

Ermittlung mechanischer Kenn-werte von Verbundwerkstoffen(Industrie)

Entwicklung von Prüfkonzepten für kurzfaserverstärkte CMC fürBremsscheibenanwendungen(Industrie)

Bewertungskonzept für C/SiC-Bauteile (Industrie)

Zuverlässigkeit von CFC-Werk-stückträgern in der Wärmebe-handlung (Fraunhofer-Gesellschaft)

Experimentelle Schädigungsana-lysen und Entwicklung numerischerModelle zur Lebensdauervorher-sage von Piezoaktuatoren in Werk-zeugmaschinen (DFG)

Entwicklung einer peristaltischenMikropumpe auf Basis intelligenterFaserverbundstrukturen (BMBF, Industrie)

Mechanische Bewertung von inter-penetrierten Metall-Keramik-Ver-bundwerkstoffen (Land Baden-Württemberg, Land Bayern, DFG,Fraunhofer-Gesellschaft)

Biomedizinische Materialien undImplantate

Bewertung der mechanischenSicherheit von metallischen undkeramischen Hüftgelenkskompo-nenten im Langzeiteinsatz(Industrie)

Vergleich des Ermüdungsverhaltensvon Knochenzementen in unter-schiedlichen Belastungsanord-nungen (Industrie)

Polymerisationsschrumpfung undErmüdungsverhalten von Dental-füllungskompositen und Dental-keramiken (Industrie)

Untersuchung der Wechselwir-kungen von Zahnpflegeproduktenmit humanen Schmelz- undDentinoberflächen (Industrie)

Randschichttechnologien

Herstellung und Qualifizierung vonin situ strukturierten DLC-Schichten(BMBF, Industrie)

Optimales geschmiertes tribologi-sches System mit Kohlenstoff-schichten (BMBF, Industrie)

Entwicklung eines geeignetenMaterialsystems für Lagerungeneiner Hermetik-Kompaktpumpe(BMWA, Industrie)

Entwicklung dicker DLC-Schichten(BMBF, Industrie)


Projektübersicht

Geschäftsfeld Komponenten der Mikrosystemtechnik undNanotechnologien

Diagnose und Bewertung vonMikrosystemen

Material- und Technologiebewer-tung für drahtgebondete mikro-elektronische Bauelemente(Industrie)

Defekt- und Phasenbildung inbleifreien Lotkontaktierungen(BMBF)

Analyse von Bauelementen derAutomobilelektronik (Industrie)

Entwicklung von Prüf- und Diagno-severfahren für die Aufbau- undVerbindungsbildung (EU, BMBF, Industrie)

Bewertung der mechanischen undstrukturellen Eigenschaften vonMikrofräswerkzeugen (BMBF)

Bewertung nanotechnologischerVerfahrensschritte für Pigmenteund Lacksysteme (Industrie)

Mikromechanische und mikrostruk-turelle Charakterisierung von ein-kristallinen Fasern bei Belastungen(Fraunhofer-Gesellschaft)

MikromechanischeKomponenten

Festigkeit und Zuverlässigkeitwafergebondeter Bauteile (BMBF,Industrie)

Mechanische Eigenschaften dünnerHalbleitersubstrate (BMBF, Industrie)

Charakterisierung der Wechselwir-kung von Prozessbedingungen undStrukturverhalten in mikromecha-nischen Siliciumbauteilen(Industrie)

Lebensdauer von zyklisch belaste-ten mikromechanischen Bauteilen(Industrie)

Mechanische Prüfung mikro- undnanoskopischer Komponenten(Industrie)

Test und Simulation von hybridmontierten Siliciummikrosystemen(BMBF, Industrie)

Messung und Parameteridentifi-kation an Mikrosystemen aufWaferebene (BMBF, Industrie)

Halbleitertechnologie undDiagnostik

Charakterisierung der Wechsel-wirkungen zwischen Prozessbe-dingungen und Strukturverhaltenin mikroelektronischen Bauele-menten (Industrie)

Entwicklung innovativer Fehler-lokalisierungs- und Fehleranalyse-verfahren für die Halbleitertech-nologie (EU, BMBF, Industrie)

Entwicklung innovativer Zielpräpa-rationsverfahren für die Nano-analytik (Industrie)

Spannungsanalyse im Nanometer-bereich an mikroelektronischenBauelementstrukturen (Land Sachsen-Anhalt)

Sicherung der Zuverlässigkeit vonnanostrukturierten Komponenten(Fraunhofer-Gesellschaft)

Geschäftsfeld WerkstoffbasierteProzess- und Bauteilsimulation

Pulvertechnologie

Anisotropieentwicklung beimFoliengießen, Trocknen und Sinternkeramischer LTCC-Substrate (DFG)

Mehrlagige keramische Schaltungs-träger mit spannungsminimiertemLayout (BMBF, Industrie)

Entbindern keramischer Grün-körper (BMBF, Industrie)

Desoxidation von Presslingen auseinem hochschmelzenden Metall(Industrie)

Untersuchungen zur Herstellungvon Zündkerzen (Industrie)

Rollieren von Sinterstahl-Bauteilen(Industrie)

Sintersimulation von LTCCs(Industrie)

Entwicklung nanotechnologischerSiebbeschichtungen und daranangepasster Pastensysteme für denFine-Line-Druck von keramischenSchaltungsträgern (BMBF)

Formgebungs- und Umform-prozesse

Simulation des Rückfederns nachdem Tiefziehen (AIF, Industrie)

Voraussage von Kantenrissen beimWalzen (Industrie)

Ursachen des Bandratterns beimWarmwalzen (Industrie)

Ziehen von Wolframdrähten(Industrie)

Rissbildung in Wolfram (DFG)

Größenabhängiges Werkstoff-verhalten (EU)

Texturentwicklung beim Umformenund bei Rekristallisation, speziellvon Magnesium (DFG)

Simulation der Mechanik vonVielkristallen (Fraunhofer-Gesellschaft,Kooperation mit MPIE Düsseldorf)

HochtemperaturverhaltenMetalle

Thermozyklische Ermüdung vonAbgaskomponenten (Industrie)

Thermozyklische Ermüdung vonKfz-Kolben (Industrie)

Entwicklung eines Testverfahrensfür thermozyklische Ermüdungdünner Metallfolien (Industrie)

Qualifizierung der Gebrauchseigen-chaften neuer Kraftwerksstähle(BMWA)

Lebensdauermodelle für Eisenguss-werkstoffe unter thermozyklischerBelastung mit überlagerter hoch-zyklicher Belastung (Industrie)

Beschreibung des Materialverhal-tens in Rohrschweißverbindungenwährend des Schweißens und desHochtemperatureinsatzes (BMBF)

Extraktion von Werkstoffgesetzenaus dem Eindruckversuch(Gesellschaft für Reaktorsicherheit)

Messungen und Simulationzur Wärmebehandlung vonAluminium-Coils (Industrie)

PhysikalischeWerkstoffmodellierung

Atomistische Dynamik der Riss-ausbreitung in komplexen Legie-rungsphasen (DFG)

Ab-initio-Berechnung von Energie-barrieren und Elektronenstrukturenan Grenzflächen in elektrokerami-schen Dünnschichtsystemen (DFG)

Interfacial Materials – Computa-tional and Experimental Multi-ScaleStudies (EU-FP6)

Entwicklung und Validierung einesleistungsfähigen Dissipative-Parti-keldynamik-Codes für komplexeFlüssigkeiten und Suspensionen mitfreien Oberflächen (LandesstiftungBaden-Württemberg)

Geschäftsfeld Komponenten mitfunktionalen Oberflächen

Trenntechniken, Schädigungsarme Bearbeitung

Werkstoffcharakterisierung undSchadensanalysen für Fertigungs-optimierung und Qualitätssiche-rung (Industrie)

Untersuchungen zum hochpräzisenDrehen von Formwerkzeugen(Industrie)

Kantenherstellung hochwertigerFlächen für Medizintechnik(Industrie)

Verbesserungen zum Flachglas-trennen mit Laser (Eigenforschung, Industrie)

Modellierung und Optimierungriss- und lastspannungsrelevanterProzessschritte in der Silicium-Solarzellentechnologie (BMBF, Industrie)

Untersuchungen und numerischeSimulation zur Randverbundher-stellung für Vakuumisolierglas(BMWA, Industrie)

Untersuchungen und Simulationzum Verhalten großflächiger unddünner Wafer im Solarzellen-prozess

Untersuchungen zu den Grund-lagen des ≤ 100 µm Drahtsäge-prozesses und der Modellierung(BMU)

Beschichtungen,Oberflächenstrukturierung

Entwicklung plasmapolymererSchichten mit hoher Beständigkeitund leichter Reinigbarkeit(Industrie)

Entwicklung von Schutzschichtenauf Werkzeugen für die Präzi-sionsoptik (BMBF, Industrie)

Verschleißbeständige Gradienten-schichten für Cermet-Werkzeuge(Industrie)

Polarisationserhaltende, hochre-flektierende Schichten für Laser-lenkspiegel (Industrie)

Numerische Untersuchungen zurSchichtbeanspruchung bei unter-schiedlichen Bauteilgeometrien(Industrie)

Biokompatible Beschichtungen aufmedizinischen Implantaten(Industrie)

Antiadhäsive Beschichtungen fürdie Kunststoffformgebung (BMBF, Industrie)

Dekorative verschleißbeständigeSchichten mit definiertem Farb-eindruck für Kunststoffe (Industrie)

Heißformgebung Glas

Blankpressen von innovativenOptikelementen aus anorganischenGläsern bei kurzen Prozesszeiten(BMBF)

Verfahrensentwicklung für dieHeißformgebung von innovativenKomponenten aus Spezialgläsern(BMWA-InnoNet, Industrie)

Studie zum Präzisionsprägen vonniedrig schmelzenden Gläsern(Industrie)

Untersuchungen zum Korrosions-verhalten ausgewählter Formen-werkstoffe im zyklischen Kontaktmit heißen Glasschmelzen(Industrie)

Untersuchungen zum Klebever-halten von keramischen Formen-werkstoffen für Abformwerkzeugezur präzisen Glasabformung (Fraunhofer-Gesellschaft)


Projektübersicht

Multimethodmodelling of gold andcarbon nanostructures (FinnischeAkademie der Wissenschaften)

Carbon Nanotube Aktuatoren(Fraunhofer-Gesellschaft)

Optimales geschmiertes tribologi-sches System mit Kohlenstoff-schichten (BMBF, Industrie)

KompetenzzentrumBauteilsimulation SimBAU

Lebensdauer von Piezoaktoren(DFG)

Untersuchungen und numerischeSimulation zur Randverbundher-stellung für Vakuumisolierglas(BMWA, Industrie)

Simulationstool für Hartstoff-schichten (Industrie)

Mikromechanische Modellierungvon MMC (BFS)

Numerische Analyse eines Hydrau-likmotors (Industrie)

Rissbildung in Klarlack (Industrie)

Materialmodelle für dieUmformsimulation (Industrie, AIF)

GeschäftsfeldPolymeranwendungen

Verarbeitungstechnologien vonPolymerwerkstoffen

Erarbeitung optimaler Extruderkon-figurationen für die Compoundie-rung und Entwicklung einerWissens- und Datenbasis für dieRealisierung maßgeschneiderterIMC-Bauteile mit dem Schwer-punkt der Verwendung von Natur-fasern nach Kundenanforderung(Industrie)

Material- und Verfahrensentwick-lung für die Extrusion von Leicht-bau-Profilen aus naturfaserver-stärkten Kunststoffen (Industrie)

Untersuchungen zur Charakterisie-rung und Bewertung naturfaserver-stärkter Kunststoffe (BMBF)

Entwicklung und Einsatz neuartigerFahrbahnplatten aus extrudierteninnovativen Materialmischungen(BMBF, Nina e.V.)

Entwicklung effizienter Faserauf-bereitungs- und Fertigungstechno-logien für hochwertige Naturfaser-Verbundbauteile (BMBF, Nina e.V.)

Entwicklung extrudierbarer Com-posite auf der Basis von Hanfmehl,Technologieentwicklung für Spritz-guss mit Hanffasercompounds(BMBF)

Entwicklung von Wood-Plastic-Compositen als Substitut tropischerHölzer (Investitionsbank Sachsen-Anhalt)


Projektübersicht

Einsatzverhalten von Polymer-werkstoffen und Bauteilen

Werkstoffmechanische Charakteri-sierung von CFK-Multiaxialgewir-ken und verstärkten CFK-Flächen-gestricken (BMBF)

Mechanische Charakterisierungvon CMC-Werkstoffen und Bau-teilen (Industrie)

Experimentelle Untersuchungenund Berechnungen zum Delami-nationsverhalten von CFK-Struk-turkomponenten in der Raumfahrt(Industrie)

Schädigungsverhalten von CFK-Schaum-Sandwich-Materialien fürdie Anwendung in der Luftfahrt(Industrie)

Lebensdaueruntersuchungen anneuen Metall-Kunststoffverbin-dungen für die Anwendung in derAutomobilelektronik (Industrie)

Charakterisierung extrudierbarerComposite auf der Basis von natür-lichen Zuschlagstoffen (BMBF)

Bewertung des Delaminationsver-haltens von CFK-Bauteilen(Industrie)

Charakterisierung von Werkstoffenfür innovative Verpackungsmate-rialien (Industrie)

Untersuchung des mechanischenVerhaltens von Elastomer-Bauteilenund -Membranen (Industrie)

Biologische Materialien undGrenzflächen

Wechselwirkungen von Zahn-pflegeprodukten mit humanenSchmelz- und Dentinoberflächen(Industrie)

Herstellung und Bewertung dermechanischen Eigenschaften vonSpinnenseidenproteinschichten(Land Sachsen-Anhalt)

Technische Nutzung von mechano-chemischen Proteinaggregaten,z.B. Forisomen (Fraunhofer-Gesellschaft)

Entwicklung und Einsatz einesneuen Schweißverfahrens fürMembrankonstruktionen auf Basisvon ETFE-Folien (LandesbankSachsen-Anhalt, Industrie)

Oberflächenmodifizierung undmechanische Bewertung von Hohl-fasermembranen für Bioreaktorenzur Leberzellkultivierung unterEinbeziehung der Bioprozesskon-trolle (Landesbank Sachsen-Anhalt,Industrie)

Mikrostrukturen und Methoden für die Intrazelluläre Bioanalytik(BMBF)

Entwicklung eines in vitro-Modell-systems zur Untersuchung derPenetrationskompetenz pflanzen-pathogener Pilze (DFG)

Mechanical measurements on plant virus derived tubes(Volkswagenstiftung)

GeschäftsfeldMikrostrukturbasierte Bauteil-bewertung

Mikrostruktur- undSchadensanalyse

Herstellung von Mehrlagen- undGradientenschichten mit variablenSystemeigenschaften am Beispielvon Hartchromschichten(Fraunhofer-Gesellschaft)

Prozessoptimierung von EB-Schweißverbindungen in Brenn-kammern (Industrie)

Werkstoffbewertung und Opti-mierung von Eckverbindern(Industrie)

Schweißnahtcharakterisierungenund bruchmechanische Bewer-tungen für die Luftfahrt (Industrie)

Schadensbewertung und Risiko-abschätzungen von Schraubver-bindungen (Industrie)

Schadensanalysen und Prozessopti-mierungen (Industrie)

Bewertungen von Hochleistungs-kondensatoren (Industrie)

Wärmebehandlungsoptimierungenund Verzugsbewertung von ver-schiedenen Werkstoffen (Industrie)

Ermüdungsverhalten,Eigenspannungen

Charakterisierung und Bewertungdes Ermüdungs- und Rissausbrei-tungsverhaltens von Stählen undverschiedenen Aluminium- undTitanlegierungen (Industrie)

Ableitung von Inspektionsinter-vallen für Radsatzwellen (BMBF,EU, Industrie)

Flächenhafte Dehnungsmessung(ARAMIS) an Schweißnahtprobenbei RT und erhöhter Temperatur(Industrie)

Ermittlung bruchmechanischerKennwerte (da/dN, Threshold) anSchweißverbindungen (Industrie)

Simulation thermomechanischerVorgänge beim Laserstrahl-schweißen zur Ermittlung derGefügeentwicklung, des Bauteil-verzuges und lokaler Eigenspan-nungen (BMBF, Industrie)

Oberflächenbehandlung von Hart-metall- und Keramikkomponentendurch Kugelstrahlen (Industrie)

Eigenspannungsanalysen an diver-sen Komponenten (Industrie)

Beratung zur Entwicklung einesmobilen Diffraktometers (Industrie)

Mitarbeit in Gremien, Ausschüssen,Beratertätigkeiten

Arbeitsgemeinschaft Wärmebe-handlung und WerkstofftechnikAWTFA Härteprüfung: S. Schwarz;FA Eigenspannungen: E. Reisacher,W. Pfeiffer

Gesellschaft zur Förderung an-gewandter Informatik GFalFA Angewandte Informatik zurFügetechnik: D. Katzer, M. Busch;Forschungsbeirat: P. Holstein

Deutsche Gesellschaft fürChemisches Apparatewesen,Chemische Techniken undBiotechnologie DECHEMAFA Bauteilverhalten unter mecha-nischer Beanspruchung: M. Busch;Molecular Modelling in derProzesstechnik: C. Elsässer

Deutsche Gesellschaft fürElektronenmikroskopie DGEAK Elektronenoptische Direktab-bildung und Analyse von Ober-flächen (EDO): M. Füting

Deutsche Gesellschaft fürMaterialkunde DGMFA Werkstoffkundliche Problemeder Mikroelektronik: D. Katzer;FA Magnesium: M. Luke;FA Werkstoffkundliche Aspekte desVerschleisses und der Zerspanung:T. Hollstein, A. Kailer;FA Computersimulation: R. Mohrmann;FA Strangpressen: S. Schwarz;AK Metal Matrix Composite:A. Neubrand

Deutsche GlastechnischeGesellschaft DGGAA Glasforum: G. Kleer;FA I, Physik und Chemie des Glasesund der Glasrohstoffe: W. Döll;FA IV, Glasmaschinentechnik undFormgebung: P. Manns

Deutscher Verband für Material-forschung und -prüfung DVMAK Bruchvorgänge: W. Böhme;AK Mikrosystemtechnik: M. Petzold, D. Katzer;AK Verformungs- und Versagens-verhalten bei komplexer ther-misch-mechanischer Beanspru-chung: R. Mohrmann;AK Biomaterialien: R. Jaeger;AK Zuverlässigkeit mechatronischerund adaptronischer Systeme: M. Gall

Deutscher Verband fürSchweißen und verwandteVerfahren DVSAG Drahtbonden: M. Petzold;AG Waferbonden: J. Bagdahn;FA Konstruktion und Berechnung:D. Siegele, M. Luke, M. Brand;FA Mikroverbindungstechnik: M. Petzold;FA Metallurgie und Werkstoff-technik: V. Friedmann; S. Schwarz

DIN-AusschüsseDIN-Normenausschuss 291 Prüfungvon Hochleistungskeramik: R. Westerheide;DIN-Normenausschuss Dental: R. Jaeger, R. Schäfer;DIN-Normausschüsse NMP 144,Prüfverfahren mit schlagartigerBeanspruchung: W. Böhme

Zeitschriften, Editorial BoardsAdvanced Engineering Materials:H. Riedel (Advisory Board);Micromaterials and Nanomaterials:D. Katzer (Advisory Board);Modelling and Simulation inMaterials Science and Engineering:P. Gumbsch (Editorial Board);International Journal of MaterialsResearch (vormals Zeitschrift fürMetallkunde):P. Gumbsch (Advisory Board);Acta Materialica Sinica:P. Gumbsch (Co-Editor);International Journal of Fracture:P. Gumbsch (Regional Editor);Applied Physics A: R.B. Wehrspohn (Co-Editor);Photonics and Nanostructures: R.B. Wehrspohn (Mitglied desAdvisory Board)

European Structural IntegritySociety ESISTechnical Committee 4, Polymersand Composites: W. Böhme;Technical Committee 5, DynamicTesting at intermediate StrainRates: W. Böhme;Technical Committee 6, CeramicMaterials: T. Hollstein, R. Westerheide;Technical Committee 8, NumericalMethods: M. Luke

GemeinschaftsausschüssePlasma-Oberflächentechnologie(DVS, VDI, DGM, DGO, AWT,DAV): S. Meier;Verstärkung keramischer Werk-stoffe (DKG, DGM): R. Westerheide, B. Thielicke;Pulvermetallurgie (DGM, VDEh,DKG, VDI-W, FPM): T. Kraft, LeiterExpertenkreis Simulation im GAPulvermetallurgie

Anwendungsnahe Schweiß-simulation (DVS, FOSTA, GFaI)M. Brand, W. Pfeiffer, D. Siegele

ForschungskuratoriumMaschinenbau e.V. FKMAK Bauteilfestigkeit: D. Siegele, M. Luke

Gesellschaft für ExperimentelleSpannungsanalyse GESAAG Experimentelle Verfahren zur Bestimmung von Eigenspan-nungen: W. Pfeiffer

Gesellschaft Mikroelektronik,Mikro- und FeinwerktechnikGMMFA Werkstoffe und Fertigungsver-fahren in der Mikrosystemtechnikund Nanotechnologie: J. Bagdahn;FA Aufbau- und Verbindungs-technik: M. Petzold



Deutsche PhysikalischeGesellschaft (DPG)FG Dünne Schichten: A. Heilmann;FG Oberflächen: F. Burmeister;AG Metall- und Materialphysik imAK Festkörperphysik: C. Elsässer

Material Research Society, USAProgram DevelopmentSubcommittee: R. B. Wehrspohn;Meeting Quality Subcommittee: R. B. Wehrspohn

Naturstoff InnovationsnetzwerkAltmark NinA e.V. M. Busch

Fördergemeinschaft für Polymer-entwicklung und Kunststoff-technik in Mitteldeutschland(Polykum e.V.)M. Busch, R.B. Wehrspohn

VGB Power Tech e.V.FA Werkstoffe undQualitätssicherung: R. Mohrmann

Gesellschaft für Anlagen- undReaktorsicherheitProjektkomitee Komponenten-verhalten:P. Gumbsch

Freiburger Materialforschungs-zentrum (FMF)Kuratorium: P. Gumbsch,M. Moseler

InformationstechnischeGesellschaft im VDE (ITG)FG Fehlerlokalisierung in elektro-nischen Bauelementen: F. Altmann;FG Fehleranalysestrategien: F. Altmann

International Institute ofWeldingIIW Com. X, Structural Integrityand Failure Avoidance: D. Siegele(German Delegate);IIW Subcomission II-A AG A 4.1»Wasserstoffinduzierte Riss-bildung«: S. Schwarz

International StandardOrganization ISOTC 106/SC8/WG4 MechanicalTesting of Dental Implants: R. Schäfer

Verein Deutscher Eisenhütten-leute VDEh e.V., FachbereichWerkstofftechnikAG Prüftechnik: W. Böhme;AK Hochgeschwindigkeitsversuche:W. Böhme;AG Warmfeste Stähle: R. Mohrmann

American Society for Testing andMaterialsCommittee E08 on Fracture Testingof Metals: D. Siegele

Arbeitsgemeinschaft wirtschafts-naher Forschungseinrichtungendes WirtschaftsministeriumBaden-WürttembergAK Europäische Union: G. Kleer

Beratungs- und Informations-service Nachwachsende Narossa,Sachsen-Anhalt e.V.A. Heilmann

European Powder MetallurgyAssociation EMPADienet Thematic Network, TaskGroup Leader SoftwareDevelopment and Demonstration:T. Kraft

Europäische FördergemeinschaftDünne Schichten EFDSW. Pfeiffer

European Fitness for ServiceNetwork FITNETL. Hodulak, I. Varfolomeyev

Fraunhofer-Verbund Werkstoffe,BauteileP. Gumbsch, R.B. Wehrspohn

Network for Evaluating SteelComponents NESCTG3 Structural Analysis: D. Siegele

Verailles Project on AdvancedMaterials and Standards(VAMAS)TWA 3, Ceramics for StructuralApplications: R. Westerheide

Kompetenznetzwerk Adaptronik B. Thielicke

European Pressure EquipmentResearch Council (EPERC)Technology platform: S. Schwarz

ForschungsvereinigungAutomobiltechnik eV. FATFachausschuss 27 FZ Sim.; UACrash & Insassensimulation: S. Sommer, D.-Z. Sun

M 135/2005Bagdahn, J.; Bernasch, M.; Petzold, M.Influence of the frequency onfatigue of directly wafer-bondedsiliconMicrosystem Technologies 12 (2006) 430-435

M 102/2006Bitzek, E.; Koskinen, P.; Gähler, F.;Moseler, M; Gumsch, P.Structural relaxation made simplePhysical Review Letters97 (2006) 170201

M 67/2006Breitenstein, O.; Altmann, F.;Riediger, T.; Karg, D. Lock-in IR microscopy with 1.4µm resolution by using a solidimmersion lensElectronic Device Failure Analysis 8 (2006) 1-8

M 51/2005Burmeister, F.; Kohn, C.; Kuebler, R.; Kleer, G.; Bläsi, B.;Gombert, A.Application for TiAIN- and TiO2-coatings with nanoscale surfacetopographiesSurface & Coatings Technology200 (2005) 1555-1559

M 140/2005Dresbach, C.; Krombholz, A.;Ebert, M.; Bagdahn, J.Mechanical properties of glassfrit bonded micro packagesMicrosystem Technologies12 (2006) 473-480

M 6/2006Hagelaar, J.H.A.; Bitzek, E.; Flipse, C.F.J.; Gumbsch, P.Atomistic simulations of the formation and destruction ofnanoindentation contacts intungstenPhysical Review B 73 (2006) 1-14

M 12/2006Häkkinen, H.; Moseler, M.55-atom clusters of silver andgold: symmetry breaking by relativistic effectsComputational Materials Science35 (2006) 332-336

M 107/2006Heady, L.; Fernandez-Serra, M.;Mancera, R. L.; Joyce, S.;Venkitaraman, A.R.; Artacho, E.;Skylaris, C.-K.; Colombi Ciacchi, L.;Payne, M.C.Novel structural features of CDKinhibition revealed by an ab ini-tio computational method com-bined with dynamic simulationsJournal of Medicinal Chemistry49 (2006) 5141-5153

M 8/2005Huber, B.; Koskinen, P.; Häkkinen, H.; Moseler, M.Oxidation of magnesia-suppor-ted Pd-clusters leads to the ulti-mate limit of epitaxy with acatalytic functionNature Materials5 (2006) 44-47

M 9/2005Huber, B.; Häkkinen, H.; Landman, U.; Moseler, M. Oxidation of small gas phase Pdclusters: a density functionalstudy Computational Materials Science35 (2006) 371-374

M 57/2006Jaeger, C.R.; Sauerbier, C.Mechanical characterisation ofbio-compatible, electro-spunnon-wovensJournal of Biomechanics39 (2006), Supplement 1, 262

M 116/2006Jin, Z.-H.; Gumbsch, P.; Ma, E.;Albe, K.; Lu, K.; Hahn, H.; Gleiter, H.The interaction mechanism ofscrew dislocations with coherenttwin boundaries in differentface-centered cubic metalsScripta Mater.54 (2006) 1163-1168

M 149/2005Junghans, F.; Morawietz, M.;Conrad. U.; Scheibel, Th.;Heilmann, A.; Spohn, U.Preparation and mechanical pro-perties of layers made of recom-binant spider silk proteins andsilk from silk wormApplied Physics A 82 (2006) 253-260

M 27/2006Knechtel, R.; Knaup, M.; Bagdahn, J.A test structure for characteriza-tion of the interface energy ofanodically bonded silicon-glasswafersMicrosystem Technologies 12 (2006) 462-467

M 58/2006Koplin, C.; Jaeger, C.R.First step FE-modeling of inter-nal composite behaviour duringcuring dental restorationsJournal of Biomechanics39 (2006), Supplement 1, 568

M 8/2006Koskinen, P.; Häkkinen, H.; Seifert, G.; Sanna, S.; Frauenheim, Th.; Moseler, M.Density-functional based tight-binding study of small gold clustersNew Journal of Physics8 (2006) 9

Veröffentlichungen in referierten Zeitschriften



M 4/2006Rösch, F.; Trebin, H.-R.; Gumbsch, P.Fracture of complex metallicalloys: an atomistic study ofmodel systemsPhilosophical Magazine86 (2006) 1015-1020

M 105/2006Rösch, F.;Trebin, H.-R.; Gumbsch, P.Interatomic Potentials and thesimulation of fracture: C15NbCr2Int. Journal of Fracture139 (2006) 517-526

M 106/2006Seriani, N.; Pompe, W.; Colombi Ciacchi, L.Catalytic oxidation activity ofPt304 surfaces and thin filmsJournal of Physical Chemistry B110 (2006) 14860-14869

M 42/2006Umeno, Y.; Meyer, B.; Elsässer, C.;Gumbsch, P.Ab initio study of the criticalthickness for ferroelectricity inultrathin Pt/PbTiO3/Pt filmsPhysical Review B 74 (2006) 1-4

M 42/2006Umeno, Y.; Shimada, T.; Kitamura, T.; Elsässer, C.Ab initio density functionaltheory study of strain effects onferroelectricity at PbTiO surfacesPhysical Review B74 (2006) 1-9

M 23/2006Walde, T.; Gumbsch, P.; Riedel, H.Finite-Element implementationof a self-consistent texturemodel with a hardening lawbased on dislocation densitiesSteel Research International77 (2006) 741-746

M 26/2005 Walde, T.; Riedel, H. Interactive texture- and finite-element simulation including theBauschinger effect Materials Science Forum495-497 (2005) 1523-1528

M 24/2006Walde, T.; Riedel, H.Modeling texture evolutionduring hot rolling of magnesiumalloy AZ31Solid State Phenomena105 (2005) 285-290

M 10/2005Weygand, S.M.; Riedel, H.;Eberhard, B.; Wouters, G.Numerical simulation of the dra-wing process of tungsten wiresInternational Journal of RefractoryMetals & Hard Materials24 (2006) 338-342

M 60/2006Wonisch, A.; Kraft, T.; Riedel, H.Multiscale simulations of rear-rangement effects and anisotro-pic behavior during sinteringAdvances in Science andTechnology45 (2006) 530-538

M 29/2006Kounga Njiwa, A.B.; Aulbach, E.;Rödel, J.; Neubrand, A.Mechanical properties of dry-pressed powder compacts: casestudy on alumina nanoparticlesJournal of the American CeramicSociety 89 (2006) 2641-2644

M 22/2006Krasowsky, A.; Schmitt, W.; Riedel, H.Material characterisation forreliable and efficient springbackprediction in sheet metal for-mingSteel Research International77 (2006) 747-753

M 54/2006Müller, A.; Becker, W.; Stolten, D.;Hohe, J.A hybrid method to assess inter-face debonding by finite fractu-re mechanicsEngineering Fracture Mechanics73 (2006) 994-1008

M 96/2006Müller, S.; Pfannmöller, M.;Teuscher, N.; Heilmann, A.; Rothe, U.New method for surface modifi-cation of nanoporous aluminumoxide membranes using tetra-ether lipidJournal of Biomedical Nano-technology 2 (2006) 1-7

M 53/2006Pfeiffer, W.; Frey, T.Strengthening of ceramics byshot peeningJournal of the European CeramicSociety26 (2006) 2639-2645

M 14/2006Rieger, K.; Koplin, C.; Westerheide, R.Verschraubungstechniken fürkeramische WerkstoffeKonstruktion, Zeitschrift fürProduktentwicklung und Ingenieur-Werkstoffe4 (2006) IW15-IW16

M 97/2006Siegele, D.; Veneziano, C.; Brand, M.Numerische Simulation schweiß-technischer FertigungsschritteKonstruktion, Zeitschrift fürProduktentwicklung und Ingenieur-Werkstoffe1/2 (2006) 69-72

M 50/2005 Sommer, S.; Sun, D.-Z. Ersatzmodelle für Punktschweiß-verbindungen in der Crash-simulation Konstruktion, Zeitschrift fürProduktentwicklung und Ingenieur-Werkstoffe(2005) 1-4

M 104/2006Veneziano, C.; Brand M.; Pfeiffer W.; Siegele D.; Gumbsch, P.Simulation of welded aluminiumautomotive componentsAuto Technology3 (2006) 60-63

M 124/2005Westerheide, R.Wie können Systemlösungen mitmodernen Keramikwerkstoffengeschaffen werden?cfi ceramic forum international82 (12) (2005) D14-D15

M 52/2006Wötting, G.; Pfeiffer, W.Bruchzäh durch VerzahnungKEM11 (2005) 142

Zeitschriften

M 64/2006Altmann, F.; Graff, A.; Simon, M.;Hoffmeister, H.; Gnauck, P. TEM-Präparation mittels »low-voltage-FIB«Praktische Metallographie 43 (2006) 8

M 81/2006Fehrenbacher, U.; Gombert, A.;Hartwig, A.; Heilmann, A.;Houbertz, R.; Hying, K.; Moseler, M.; Possert, U.; Schilm, J.;Tovar, G.E.M.Fraunhofer NANO: Aufbruch indie NanoweltBunsenmagazin5 (2006) 121-129

M 82/2006Graff, A.; Simon, M.; Altmann, F.TEM preparation by FIB for EELSand EFTEM studiesPractical Metallography 43 (8) (2006) 396

M 95/2006Heilmann, A.; Kiesow, A.; Füting, M.; Kleinebudde, P.;Fechner, P.M.; Neubert, R.H.H.Atmosphärische Rasterelek-tronenmikroskopiePRISMA, Pharmazeutische Zeitung,13 (1) (2006) 26-30

M 55/2006Hohe, J.; Friedmann, V.; Siegele, D.Überprüfung des Mastercurve-Konzepts zur Sprödbruchbe-wertung ferritischer StähleMaterialprüfung48 (2006) 239-249

M 74/2006Holstein, P.; Maschke, H.-G.;Krombholz, A.; Busch, M.Verbesserte Lebensdauerabschät-zung von KunststoffbauteilenKonstruktion, Zeitschrift fürProduktentwicklung und Ingenieur-Werkstoffe10 (2006) IW 8-IW 9

M 20/2006Kailer, A.; Blug, B.Beschichtungen für keramischeGleitlager und Gleitringdich-tungenKonstruktion, Zeitschrift fürProduktentwicklung und Ingenieur-Werkstoffe 7/8 (2006) IW12-IW13

M 28/2006Kailer, A.; Lesniak, C.; Dwars, A.;von Geldern, M.; Berger, W.Grafit-SiC-Werkstoffverbunde fürtribologische Anwendungen inDichtungen und LagernTagungsband zur GfT-JahrestagungSeptember (2006) 27/1-27/13

M 83/2005Krombholz. A.; Goldstein, A.;Eckardt, J.Charakterisierung von Bauteilenaus faserverstärkten Kunst-stoffenKonstruktion, Zeitschrift fürProduktentwicklung und Ingenieur-Werkstoffe(2005) IW14-IW15

M 89/2006Neubrand, A.Metall-Keramik-Verbundwerk-stoffe für die AutomobilindustrieKonstruktion, Zeitschrift fürProduktentwicklung und Ingenieur-Werkstoffe9 (2006) IW10-11

M 34/2005Petrosyan, G.; Kraft, T.Application of plasticity theoryfor simulating compaction ofmetal powderProceedings of EngineeringAcademy of Armenia2 (4) (2005) 538-543ISSN 1829-0043

Sonstige Veröffentlichungen



M 56/2006Manns, P.; Hagen, J.; Hug, M.;Richter, F.Blankpressen von innovativenOptikelementen aus Glas;Präzisionsformung; Formenbauund Formenbeschichtung in Flexible Prototypen- und repro-duzierbare Serienfabrikation inno-vativer Optikelemente, Ergebnisbe-richt des BMBF VerbundprojektesFINOZänkert, J.P. (Hrsg.),Bayern Photonics e.V.,Oberpfaffenhofen(2006) 77-112ISBN: 3-9810759-4-3

M 5/2006Petzold, M.; Altmann, F.; Wilde, J.;Schneider-Ramelow, M.Analyseverfahren, zerstörendeAnalyse und hochauflösendeDiagnostikin J. Wilde et al.: Methoden zurZuverlässigkeitsqualifizierung neuerTechnologien in der AVT.Aufbau- und Verbindungstechnikin der Elektronik – aktuelle BerichteScheel, W.; Wittke, M.;Nowottnick, M. (Hrsg.),Verlag Dr. A. Detert(2006) 94-134

M 51/2006Pfeiffer, W.Residual stresses in bulk ceramicsin Handbook on Residual Stress,Second Edition, Vol. 1, Soc. forExper. MechanicsJ. Lu (Ed.),(2005) 274-285ISBN 9780912053912

Bücher, Buchbeiträge

M 48/2006Gross, D.; Seelig, Th.Fracture mechanics – with anintroduction to micromechanicsin Series: Mechanical EngineeringSeriesSpringer-Verlag, Berlin(2006) XII, 321 p., 166 illus.,HardcoverISBN: 3-540-24034-9

M 130/2005 Hug, M., Manns, P. Reichelt, S.,Zappe, H.Grundlegende Untersuchungenzur Herstellung hochpräziserKomponenten durch schnellesHeißprägen anorganischerGläser für Anwendungen in opti-schen Übertragungstechnologienund Systemen der aktiven Optik in Forschunsprogramm OptischeTechnologien, Schriftenreihe derLandesstiftung Baden-Württemberg, Vol 15 ISSN 1610-4269, Stuttgart:Landesstiftung Baden-Württemberg GmbH(2005) 32-33

M 1/2006Kleer, G.Grundlegende Untersuchungenzur Erniedrigung der Klebe-neigung zwischen Kunststoffenund Formmaterialienin WING – Das Jahrbuch 2005(2006) 826-835



M 43/2006Albina, J.M.; Mrovec, M.; Meyer, B.; Elsässer, C.A study of the semi-coherentceramic SrTiO3/SrZrO3 interfaceby first-principles DFT calcula-tionsin Proceedings of 3. InternationalConference on Multiscale MaterialsModeling,P. Gumbsch (Ed.),Fraunhofer IRB, Stuttgart(2006) 819-822

M 90/2006Benjeddou, A.; Poizat, Ch.; Gall, M.The first use of the shear actua-tion mechanism for valve-lesspiezoelectric micro-pumpsdesignin Proceedings of EighthInternational Conference onComputational StructuresTechnology, B.H.V. Topping, G.Montero, R. Montenegro, (Eds.), Civil-Comp Press, Stirlingshire,Scotland(2006) Paper 100 1-16

M 36/2006Bennemann, S.; Graff, A.;Schischka, J.; Petzold, M.; Theuss, H.; Dangelmaier, J.; Pressel, K.A SEM and TEM study of theinterconnect microstructure andreliability for a new XFLGA package in Proceedings of 1st ElectronicsSystemintegration TechnologyConference (ESTC), ESTC in Koop. mit IEEE, Dresden,Germany(2006) 26-34

M 11/2006Blauel, J.G.; Brand, M.; Pfeiffer, W.;Varfolomeyev, I.Bruchmechanische Bewertungvon rissbehafteten Schweiß-konstruktionen mit Eigenspan-nungenin Tagungsband 38. Tagung desDVM-Arbeitskreises Bruchvorgänge»Technische Sicherheit, Zuverlässig-keit und Lebensdauer – Bruch-mechanik von Grenzflächen«,M. Kuna (Hrsg.), DVM, Aachen(2006) 25-39

M 55/2005Blug, B.; Höfer, M.; Hollstein, T.;Schäfer, L.Diamantbeschichtete Gleitringefür den Einsatz in wässrigenMedienin Tagungsband 46. Tribologie-Fachtagung Band 1GfT Gesellschaft für Tribologie e.V.Bürosysteme Münstermann,Göttingen(2005) 31/1-31/5

M 86/2006Cheng, Y.; Mrovec, M.; Gumbsch, P.Dislocation interaction with thelocal stress field of a Â9 tilt grainboundary in body centred cubictungstenin Proceedings of 3. InternationalConference on Multiscale MaterialsModeling,P. Gumbsch (Ed.),Fraunhofer IRB, Stuttgart(2006) 705-707

M 70/2006Cismak, A.; Kiesow, A.; Petzold, M.; Wirth, T.; Stiegler, S.;Schaller H.-G.A SEM and TOF-SIMS study ofCaF2-like precipitates after invitro and in situ fluoridationin Proceedings of 53. ORCA con-gress, Karger Verlag Basel (Ed.),Glasgow, UK in Car. Res. 40 (4) (2006) 305

M 85/2006Cupelli, C.; Henrich, B.; Glatzel, T.;Moseler, M.; Zengerle, R.; Santer, M.Capillary impregnation of nano-pores studied with fluid particlemethodsin Proceedings of 3. InternationalConference on Multiscale MaterialsModeling,P. Gumbsch (Ed.),Fraunhofer IRB, Stuttgart(2006) 37-40

M 73/2006Domke, M.; Holstein, P.; Raabe, A.Messung akustischer Parameterfür tomographische Verfahrenin Proceedings of 32. DeutscheJahrestagung für Akustik (DAGA2006), Deutsche Gesellschaft fürAkustik e.V. (DEGA) (Hrsg.),Braunschweig, Germany21.-23.03.2006CD-ROM

M 37/2006Dresbach, C.; Knoll, H.;Schischka, J.; Petzold, M.;Hosseini, K.; Schräpler, L.Test methods for characterizingthe local plastic deformability ofbonding wiresin Proceedings of 1st ElectronicsSystemintegration TechnologyConference (ESTC), ESTC in Koop.mit IEEE, Dresden, Germany(2006) 732-740

M 33/2006Ebert, M.; Gerbach, R.; Bagdahn, J.; Michael, S.; Hering, S. Numerical identification of geo-metric parameters from dynamicmeasurement of grinded mem-branes on wafer levelin Proceedings of 7th InternationalConference on Thermal,Mechanical and Multi-PhysicsSimulation and Experiments inMicro-Electronics and Micro-Systems (EuroSimE), L.J. Ernst; G.Q. Zhang; P. Rodgers;S. Marco; M. Meuwissen; O. de Saint Leger (Eds.), Como,Italy(2006) 208-213

M 3/2006Gall, M.; Thielicke, B.Lebensdaueruntersuchungen vonPZT-Flächenkompositen imSensor- und Aktuatoreinsatzin Tagungsband DVM – Arbeits-kreis Zuverlässigkeit mechatroni-scher und adaptronischer SystemeM. Kuna (Hrsg.), DVM-Bericht 901, Darmstadt(2006) 53-62

M 18/2006Gall, M.; Thielicke, B.; Huart, A.Development of a peristalticmicro-pump based on PZT bending actuatorsin Conference proceedingsActuator 2006, HVG HanseatischeVeranstaltungs-GmbH, Division Messe Bremen, Bremen(2006) 756-759

M 71/2006Gerbach, R.; Ebert, M.; Bagdahn, J.; Hering, S.Identification of geometricalparameters of MEMS from mea-sured resonant frequenciesin Proceedings of 17th

MicroMechanics Europe(MME2006),University of Southampton (Ed.),Southampton, UK(2006) 49-52

M 87/2006Glatzel, T.; Cupelli, C.; Kuester, U.;Zengerle, R.; Santer, M.Simulation of aggregation beadsin microfluidics on high perfor-mance computers with a fluidparticle methosin Proceedings of 3. InternationalConference on Multiscale MaterialsModeling,P. Gumbsch (Ed.),Fraunhofer IRB, Stuttgart(2006) 54-56

M 34/2006Hauck, T.; Li, G.; McNeill, A.;Knoll, H.; Ebert, M.; Bagdahn, J. Drop simulation and stress analy-sis of MEMS devicesin Proceedings of 7th InternationalConference on Thermal,Mechanical and Multi-PhysicsSimulation and Experiments inMicro-Electronics and Micro-Systems (EuroSimE), L.J. Ernst; G.Q. Zhang; P. Rodgers;S. Marco; M. Meuwissen; O. de Saint Leger (Eds.),Como, Italy(2006) 203-207

M 115/2006Hochrainer, I.; Delonnoy, L.;Kotschenreuther, J.; Schulze, V.;Loehe, D.; Gumsch, P.; Fleischer, J.An integrated approach to themodeling of size-effects inmachining with geometricallydefined cutting edges in Proceedings of 8th CIRPInternational Workshop onModeling of MachiningOperations, R. Neugebauer (Ed.),Fraunhofer IWU, Chemnitz (2005) 123-129


M 10/2006Hohe, J.; Friedmann, V.; Siegele, D.Untersuchung der lokalenBedingungen für die Spaltbruch-auslösung in ferritischen Stählenin Tagungsband 38. Tagung desDVM-Arbeitskreises Bruchvorgänge»Technische Sicherheit, Zuverlässig-keit und Lebensdauer – Bruch-mechanik von Grenzflächen«,M. Kuna (Hrsg.), DVM, Aachen(2006) 71-80

M 50/2006Hohe, J.; Friedmann, V.; Siegele, D.On the local conditions for clea-vage initiation in ferritic steelsin Fracture of Nano andEngineering Materials andStructures, Proc. of the 16.European Conference of Fracture,E.E. Gdoutos (Ed.), Springer,Alexandroupolis, Griechenland(2006) CD-ROM

M 98/2006Hohe, J.; Wenck, J.; Siegele, D.Assessment of the role of microdefect nucleation in probabilisticmodeling of cleavage fracturein Proceedings of the 9th EuropeanMechanics of Materials Conference»Local Approach to Fracture«,J. Besson, D. Moinerau, D. Steglich (Eds.),Moret-sur-Loing, Frankreich(2006) 21-26

M 83/2006Holstein, P.; Maschke, H.-G.;Krombholz, A.; Busch, M.Lebensdauer von Bauteilen –Langzeitverhalten und bruchme-chanische Aspekte7. Tagung »Technische Diagnostik«Hochschule Merseburg (Hrsg.),Selbstverlag An-Institut Fluid- undPumpentechnik Merseburg,Merseburg3 (2006)

M 84/2006Hug, M.; Richter, F.; Manns, P.;Mösbauer, F.Untersuchungen zum Absenkenvon optischen Komponenten,Experimente und Simulations-rechnungenin 80. Glastechnische Tagung; CD-ROM: Referate der Vorträge undPoster, Deutsche GlastechnischeGesellschaft e.V., Offenbach/Main(2006) P-11-Hug

M 151/2005 Hug, M.; Rieser, D.; Manns, P.;Kleer, G. Investigations on process para-meters influencing the quality ofoptical lenses formed by non-iso-thermal embossing of inorganicglasses in The International Society forOptical Engineering, September2005, JenaVol 5965, 59651X1-10, ISSN 0277-786X, ISBN 0-8194-5983-6

M 33/2005 Kraft, T.; Riedel, H.Optimierung von Sinterverzügendurch Computersimulationin Tagungsband 3, Kolloquium SFB570

M 143/2005Krombholz, A.; Busch, M.;Maschke, H.Verbesserte Bewertung des Ein-satzverhaltens von Kunststoff-Bauteilen mit einer erweitertenbruchmechanischen Methodikin Proceedings of Werkstoff-prüfung 2005, Herausforderungenneuer Werkstoffe an die Forschungund Werkstoffprüfung,W. Grellmann (Hrsg.), Berlin,Germany(2005) 414-418

M 141/2005Lühe, P.; Busch, M.; Meinicke, S.Langfaserverstärkte Spritzguss-teile durch Direktverarbeitungauf einem Injection MouldingCompounderin Proceedings of TECHNOMER2005, 19. Fachtagung über Verar-beitung und Anwendung vonPolymeren,G. Mennig, Chemnitz; U.Wagenknecht, Dresden; P. Bloß,Leipzig (Hrsg.), Chemnitz, Germany(2005) 40

M 94/2006Memhard, D.; Andrieux, F.; Sun, D.-Z.; Feucht, M.; Frank, T.;Ruf, A.Identifikation von Werkstoffmo-dellparametern zur Berechnungvon Klebverbindungen unterCrashbelastungin Tagungsband 5. LS-DYNAFORUM, DYNAmore GmbH (Hrsg.),Ulm(2006) C-I-21 – C-I-31

M 21/2006Mohrmann, R.; Seifert, T.; Willeke, W.; Hartmann, D.Fatigue life simulation for opti-mized exhaust manifold geome-tryin SAE Technical Papers, SAE WorldCongress & Exhibition, Detroit, MI, USA(2006) Doc.Nr. 2006-01-1249

M 45/2006Mrovec, M.; Cheng, Y.; Elsässer, C.; Gumbsch, P.Atomistic simulations of disloca-tion-grain-boundary interactionsin tungstenin Proceedings of 3. InternationalConference on Multiscale MaterialsModeling,P. Gumbsch (Ed.),Fraunhofer IRB, Stuttgart(2006) 213-216

M 35/2006Müller, T.; Schräpler, L.; Altmann, F.; Knoll, H.; Petzold, M. Influence of intermetallic phaseson reliability in thermosonic Au-Al wire bondingin Proceedings of 1st ElectronicsSystemintegration TechnologyConference (ESTC), ESTC in Koop.mit IEEE, Dresden, Germany(2006) 1266-1273

M 93/2006Ockewitz, A.; Sun, D.-Z.; Klamser, H.; Malcher, D.Damage modeling of automo-bile components of aluminiummaterials under crash loadingin Tagungsband 5. LS-DYNAFORUM, DYNAmore GmbH (Hrsg.),Ulm(2006) D-II-1 – D-II-11

M 69/2006Petzold, M.; Dresbach, C.; Ebert, M.; Bagdahn, J.; Wiemer, M.; Glien, K.; Graf, J.; Müller-Fiedler, R.; Höfer, H. Fracture mechanical life-timeinvestigation of glass-frit bondedMEMS sensorsin Proceedings of ITHERM 2006,San Diego, CA, USA (2006) 1343-1348

M 147/2005Pyttel, B.; Varfolomeyev, I.; Luke, M.; Berger, C.FKM guideline »Fracture mecha-nics proof of strength forengineering components« - over-view and extension topicsin Fracture of Nano andEngineering Materials andStructures, Proceedings of the 16.European Conference of Fracture,E.E. Gdoutos (Ed.), Springer,Alexandroupolis, Griechenland(2006) Paper 399

M 114/2006Rentsch, R.; Zhang, Ch.; Gumbsch, P.; Brinksmeier, E.Diamond turning of intermetallicsingle-crystalline NiAlin Procedings of 5th InternationalConference of Euspen, PrecisionEngineering Nanotechnology,Montpellier, Frankreich1 (2005) 277-280

M 17/2006Richter, F.; Hoffmann, H.-J.Reale und scheinbare Nicht-linearitäten im rheologischenVerhaltenvon Glasin 80. Glastechnische Tagung, CD-ROM: Referate der Vorträge undPoster, Deutsche GlastechnischeGesellschaft e.V., Offenbach/Main(2006) S3-1040-Richter

M 15/2005 Riedel, H.; Andrieux, F.; Sun, D.-Z.;Walde, T.Verbesserte konstitutive Modellezur Beschreibung von Umform-prozessen - Numerische Imple-mentierung, Experimente undAnwendungenAbschlussbericht zum DFGSPP1074, Deutsche Forschungsge-meinschaft, Bonn(2005) 13-22

M 148/2005Schäuble, R.Schädigungs- und Versagens-verhalten von CFK-Bauteilenin Proceedings of SKZ-FachtagungHochleistungsverbundwerkstoffe,SKZ – ToP gGmbH, ZweigstelleHalle (Hrsg.), Halle, Germany(2005) F/1-F/18

M 122/2005 Schmitt, W.; Benevolenski, O.;Walde, T.; Krasowsky, A. Material characterization forsimulation of sheet metal forming in Proceedings of COMPLAS VIII,VIII International Conference onComputational PlasticityE. Onate and D.J. Owen (Eds.),Barcelona (2005)

M 77/2006Schoenfelder; S.; Bagdahn, J.;Baumann, S.; Kray, D.; Mayer, K.;Willeke, D.; Becker, M.;Christiansen, S.Strength characterization oflaser diced silicon for applicationin solar industryin Proceedings of 21st EuropeanPhotovoltaic Solar EnergyConference Wip-renewable ener-gies (Ed.), Dresden, Germany(2006) 588-592 (CD-ROM)

M 49/2006Seelig, Th.; van der Giessen, E.Modeling the interaction of crazing and matrix plasticity inrubber-toughened polymersin Proceedings of the 13th

International Conference onDeformation, Yield and Fracture ofPolymers,H. Meijer (Ed.), Kerkrade,Niederlande(2006) 275-278

M 99/2006Siegele, D.; Friedmann, V.; Hohe, J.Investigations on damage evo-lution and cleavage based oncombined experimental andnumerical methodsin Proceedings of the 9th EuropeanMechanics of Materials Conference»Local Approach to Fracture«,J. Besson, D. Moinerau, D. Steglich(Eds.), Moret-sur-Loing, Frankreich(2006) 27-32

M 100/2006Siegele, D.; Hohe, J.; Friedmann, V.Experimentelle und numerischeUntersuchungen zur Sprödbruch-bewertung ferritischer Stähle mitdem Masterkurven-Konzeptin Konferenzband 32. MPA-Seminar »Werkstoff- und Bauteil-verhalten in der Energie- undAnlagentechnik«, MPA Stuttgart(Hrsg.), Stuttgart(2006) 9.1-9.17

M 46/2006Sommer, S.; Sun, D.-Z.Ersatzmodelle für Punktschweiß-verbindungen in der Crash-simulationin Tagungsband des VDI-Berech-nungstages »Berechnung undSimulation 2006«, VDI-Berichte Nr. 1967,VDI Wissensforum IWB GmbH(Hrsg.), VDI Verlag GmbH,Würzburg(2006) 543-554

M 30/2006Stubenrauch, M.; Fischer, M.;Bernasch, M.; Bagdahn, J. Room temperature bonding ofnanostructured silicon wafersand mechanical characterizationin Proceedings of 2nd InternationalWorkshop on Wafer Bonding forMEMS Technologies,J. Bagdahn; R. Knechtel (Eds.),Halle, Germany(2006) 37-38

M 92/2006Sun, D.-Z.; Andrieux, F.; Memhard, D.; Sommer, S.; Feucht, M.; Frank, T.Damage modeling of automo-bile components and adhesivejoints under crash loadingin Proceedings of the 2006 ChinaInternational Conference ofAutomotive Safety Technology,The Society of AutomotiveEngineering of China, SAE-China(Ed.), Beijing, China(2006) 92-103

M 44/2006Umeno, Y.; Elsässer, C.; Meyer, B.;Gumbsch, P.; Shimada, T.;Kitamura, T.Ab initio DFT study on ferroelec-tricity on perovskite surfaces andin thin-film capacitorsin Proceedings of 3. InternationalConference on Multiscale MaterialsModeling,P. Gumbsch (Ed.),Fraunhofer IRB, Stuttgart(2006) 901-904

M 146/2005Varfolomeyev, I.Computational modeling ofcrack initiation in a mixing teesubjected to thermal fatigueloadin Fracture of Nano andEngineering Materials andStructures, Proceedings of the 16.European Conference of Fracture,E.E. Gdoutos (Ed.), Springer,Alexandroupolis, Griechenland(2006) Paper 503

M 101/2006Varfolomeyev, I.Probabilistische Bewertung derRissinitiierung in einer Rohr-leitung unter thermischerErmüdungin Konferenzband 32. MPA-Seminar »Werkstoff- undBauteilverhalten in der Energie-und Anlagentechnik«,MPA Stuttgart (Hrsg.), Stuttgart(2006) 44.1-44.17

M 68/2006Wiese, S.; Krämer, F.; Müller, M.;Röllig; M.; K.-J. Wolter; Krause, M.;Bennemann, S.; Petzold, M. Compositional effects on thecreep properties of SnAgCu solderin Proceedings of 7th InternationalConference on Thermal,Mechanical and Multi-PhysicsSimulation and Experiments inMicro-Electronics and Micro-Systems (EuroSimE), L.J. Ernst; G.Q. Zhang; P. Rodgers;S. Marco; M. Meuwissen; O. de Saint Leger (Eds.), Como,Italy(2006) 648-653

M 61/2006Wonisch, A.; Korn, K.; Kraft, T.;Riedel, H.Anisotropic liquid phase sinte-ring investigated by means ofmicromechanical and discreteelement modelingin Proceedings of 3. InternationalConference on Multiscale MaterialsModeling,P. Gumbsch (Ed.),Fraunhofer IRB, Stuttgart(2006) 578-581




Vorträge, Poster

Altmann, F.; Simon, M.; Graff, A.TEM-Präparation mittels low-voltage-FIBSeminar »Elektronen- und Ionen-optik«, Universität Tübingen, 26.01.2006

Altmann, F.; Riediger, T.Aktueller Stand der Entwick-lungen zur thermischen Fehler-lokalisierung38. Arbeitssitzung der Fachgruppe»Fehlerlokalisierung in elektroni-schen Bauelementen«, Reutlingen,08.03.2006

Altmann, F.; Petzold, M.; Graff, A.;Simon, M.; Schischka, J.Fehlerdiagnostik und Technolo-giebewertung an MikrosystemenCrossbeam-Workshop, Halle, 26.-27.04.2006

Altmann, F.; Schischka, J.; Simon, M.Ausfallanalyse an ASIC-Bauteilenmit Kurzschlüssen im Die-AttachITG-Diskussionssitzung derFachgruppe »Fehlermechanismenbei kleinen Geometrien«, Grainau, 23.-24.05.2006

Altmann, F.Einsatz der CrossBeam® für die Fehlerdiagnose an Mikrosys-temenGEMINI User Meeting, Bad Boll,11.-13.09.2006

Bagdahn, J.; Petzold, M.Konzepte für die Sicherung vonFestigkeit und Zuverlässigkeitvon Komponenten der Silicium-mikromechanik DVM AK »Zuverlässigkeit mecha-tronischer Systeme«, Darmstadt, 15.-16.03.2006

Bagdahn, J.; Dresbach, C.; Ebert, M.; Glien, K.; Graf, J.;Müller-Fiedler, R.; Knechtel, R. Investigation of the mechanicalrobustness of glass frit wafer-bonded micro packages forautomotive applications 4th AnnualMEMS PackagingSymposium, San Jose, USA,17.-18.05.2006

Bagdahn, J.; Bernasch, M.;Schönfelder, S.; Graf, J.; Mörsch, G.; Müller-Fiedler, R. Bestimmung von Kennwerten an Materialverbünden für MST-Anwendungen BMBF Cluster-Meeting »Mess- undPrüftechnik in der Mikrosystem-technik«, Nürnberg, 31.05.-01.06.2006

Benevolenski, O.Modellierung heterogener Werk-stoffe mit komplexen Morpho-logienComputersimulation der DGM,Düsseldorf,15.11.2006

Bierwisch, C.; Kraft, T.; Moseler, M.; Riedel, H.3d-Modeling of powder flowand application to gravity die filling DPG Tagung, Dresden,27.-31.03.2006

Bitzek, E.; Koskinen, P.; Gumbsch, P.; Moseler, M.FIRE: Fast iInertial relaxationengine for structural optimisa-tions on all scales3rd International Conference onMultiscale Materials Modeling,Freiburg, 18.-22.09.2006

Borchert, D.; Riepe S.; Kübler R.;Beinert, J.; Kraft T.; Kleer G.; Petri, S.Influence of the thermal treat-ment during the saw damageetching process on the mechani-cal stability of multicrystallinesilicon wafers2006 IEEE 4th World Conferenceon Photovoltaic Energy Conversion,Hawaii, USA,07.-12.05.2006

Brand, M.; Siegele, D.Numerical simulation of distor-tion and residual stresses of dualphase steel weldments59th Annual Assembly of theInternational Institute of Welding,Commission X »StructuralPerformance of Welded Joints –Fracture Avoidance«, Québec City,Kanada,27.08.-02.09.2006

Brand, M.IIW »Round Robin« 3 dimensio-nal welding residual stress anddistortion prediction59th Annual Assembly of theInternational Institute of Welding,Commission X »StructuralPerformance of Welded Joints –Fracture Avoidance«, Québec City,Kanada,27.08.-02.09.2006

Burmeister, F.; Hagen, J.; Ebest, S.;Manns, P.; Kleer, G.Noble metal coatings with hightemperature and chemical resis-tance for glass molding applica-tionsPSE 2006, Plasma SurfaceEngineering,Garmisch-Partenkirchen,11.-15.09.2006

Busch, M.Trends und Märkte für WPC(Holz-Kunststoff-Verbunde)Innovationsforum: »Kunststoffver-arbeitung – Neue Anwendungs-gebiete – Innovative Produkte undTechnologien«, Schkopau, 25.-26.01.2006

Busch, M.; Eckardt, J.Einfluss der Verarbeitungsbedin-gungen auf die Eigenschaftenvon NaturfaserverbundenPolymerwerkstoffe 2006, Halle, 27.-29.09.2006

Busch, M.; Eckardt, J.Innovative Kunststoff-Composites im Automobil36. Regional-Kolloquium»Kautschuk und Kunststoffe imAutomobilbau«, Leipzig, 12.10.2006

Busch, M.; Eckardt, J.Erste Erfahrungen zu Natur-faserverstärkten Thermoplastenmit der IMCAnwender-/Verarbeiter-Workshop,Bayreuth, 19.10.2006

Cheng, Y.; Mrovec, M.; Gumbsch, P.Crack nucleation from disloca-tion-grain boundary interactionin tungsten3rd International Conference onMultiscale Materials Modeling,Freiburg, 18.-22.09.2006

Cheng, Y.; Mrovec, M.; Gumbsch, P.Crack nucleation at the symme-trical grain boundary in tungsten14th International Conference onthe Strength of Materials, Xi’an, China,04.-09.06.2006

Cismak, A.; Füting, M.; Heilmann, A., Katzer, D.In situ investigation withEnvironmental Scanning ElectronMicroscopy (ESEM)1st International Conference onMechanics of Biomaterials andTissues, Hawaii, USA,11.-15.12.2005

Cole, D.; Payne, M.; Colombi Ciacchi, L.Development of a classical forcefield for the simulation of solva-ted proteins on oxidised andhydroxylated silicon surfaces3rd International Conference onMultiscale Materials Modeling,Freiburg, 18.-22.09.2006

Colombi Ciacchi, L.Stress-driven chemistry of wetsilicon surfacesCambridge Electronic StructureWorkshop, Cambridge, United Kingdom,13.01.2006

Colombi Ciacchi, L.Entstehungsmechanismen undchemische Aktivität von dünnenOxidfilmen auf Metallober-flächenPhysikalisches Kolloquium, Universität Freiburg, 16.01.2006

Colombi Ciacchi, L.Stress-driven chemistry of wetsilicon surfacesWorkshop on reliability of silicondevices, IWM Halle, 28.02.2006

Colombi Ciacchi, L.Molecular mechanisms of for-mation and chemical activity ofthin oxide films on metal andsemiconductor surfacesDepartment of Materials, University of Southampton, United Kingdom,22.03.2006


Vorträge, Poster

Elsässer, C.Electroceramic perovskite-typethin-film heterostructures – ab-inito theory of interfacial atomistic structures, electronicstates, and mechanical stabilitiesEPSRC meeting,Loughborough, United Kingdom,12.-13.07.2006

Graff, A.; Fritzsche, M.; Simon, M.;Altmann, F.TEM-Präparation mit derCrossBeamCrossbeam-Workshop, Halle, 26.-27.04.2006

Graff, A.; Simon, M.; Altmann, F.;Hoffmeister, H.; Gnauck, P. Reduction of the amorphouslayer thickness by low voltageFIB preparation1. FIB-Workshop Focused IonBeams in Research, Science andTechnology, Dresden, 22.-23.05.2006

Graff, A.; Fritzsche, M.; Simon, M.;Altmann, F.Optimierte TEM-Präparationunter Ausnutzung des REM-Transparenzkontrastes1. FIB-Workshop Focused IonBeams in Research, Science andTechnology, Dresden, 22.-23.05.2006

Graff, A.; Fritzsche, M.; Simon, M.;Altmann, F.Zielpräparation mit derCrossBeam GEMINI User Meeting, Bad Boll,11.-13.09.2006

Graff, A.; Simon, M.; Altmann, F.TEM preparation by FIB for EELSand EFTEM studies5. Workshop on EELS/EFTEM,Wien, Österreich,27.-29.09.2006

Gumbsch, P.Multiscale materials modeling –bridging from atoms to the continuumKolloquium des Max-Planck-Instituts für Eisenforschung MPIE,Düsseldorf,14.03.2006

Gumbsch, P.Dislocation nucleation – plasticdeformation, interfaces andcrack tipsMechanical Engineering Seminar, University of California, SantaBarbara, USA,24.04.2006

Gumbsch, P.Improving surface performance –ultrasmooth DLC coatings andsand blasting of ceramicsMaterials Science Seminar,University of California, SantaBarbara, USA,29.04.2006

Gumbsch, P.Multiscale Materials ModelingOhio State University, Columbus,USA,19.06.2006

Gumbsch, P.Muliscale materials modelingand small scale materialsMedtronic Inc., Minneapolis, USA,20.06.2006

Gumbsch, P.Werkstoffmechanik – sichereBauteilbewertung durch fort-schrittliche WerkstoffmodelleFAT Beiratssitzung, Frankfurt,10.10.2006

Hashibon, A.Atomistic study of structure andfailure of fcc/bcc heterophaseboundaries3rd International Conference onMultiscale Materials Modeling,Freiburg,18.-22.09.2006

Hashibon, A.; Gumbsch, P.; Mishin, Y.; Elsässer, C.Atomistic study of structure andfailure of fcc/bcc heterophaseboundaries MRS Fall 2006, Boston, USA,27.11.-01.12.2006

Hauck, T.; Li, G.; McNeill, A.; Knoll, H.; Ebert, M.; Bagdahn, J.Drop simulation and stress snalysis of MEMS devicesMechanical Reliability of SiliconMEMS- Recent progress and further requirements, Halle, 27.-28.02.2006

Colombi Ciacchi, L.Density Functional Theory inpractice: computer-aided biomi-metic synthesis of nanostructuresMax-Planck Institute for solid stateresearch, Stuttgart,06.04.2006

Colombi Ciacchi, L.Biomimetic fabrication of nano-structures assisted by atomisticmodelingCondensed Matter and MaterialsPhysics Conference 2006,Exeter, United Kingdom,20.04.2006

Colombi Ciacchi, L.Computer-aided biomineralisati-on: atomistic simulations at theinterface between materialsscience and biologyPhysikalisches Kolloquium, Universität Bremen,08.06.2006

Colombi Ciacchi, L.Selective inhibition of CDK pro-teins by small ligands: the rolesof hydrogen bonding, solvation,and dispersion forcesWorkshop on Progress in ab initiomodeling of biomolecules:methods and applications,Leiden, The Netherlands,06.07.2006

Colombi Ciacchi, L.Atomistic features of selectiveCDK2 inhibitionCECAM Workshop on HybridAtomistic Methods for Materialsand Biological Systems,Lyon, France,12.07.2006

Ebert, M.Measurement of strength properties of polysilicon MEMScomponentsMechanical Reliability of SiliconMEMS-Recent progress and furtherrequirements, Halle, 27.-28.02.2006

Ebert, M.; Gerbach, R.; Bagdahn, J., Michael, S.; Hering, S.; Kurth, S.Non-destructive determinationof membrane thicknesses bymeasurement of dynamic pro-pertiesMemunity-Workshop, Halle, 01.03.2006

Ebert, M.; Bagdahn, J.; Knechtel, R. Influence of moulding processon strength of glass frit bondedstructures (Poster)2nd International Workshop onWafer Bonding for MEMSTechnologies, Book of Abstracts,Halle, 09.-11.04.2006

Eckardt, J.Untersuchung zum reologischenVerhalten faserverstärkterThermoplasteInnovationsforum: »Kunststoffver-arbeitung – Neue Anwendungs-gebiete – Innovative Produkte undTechnologien«, Schkopau, 25.-26.01.2006

Eichler, N.; Horbach, R.; Floss, D.;Küster, S.; Kiesow, A.; Deising, H. B. Determinanten der Penetrations-kompetenz bei Colletotrichumgraminicola (Vortragsnummer:9681)55. Deutschen Pflanzenschutz-tagung, Göttingen, 25.-28.09.2006

Elsässer, C.Electronic structures and mecha-nical stabilities of coherent andsemi-coherent interfaces fromfirst-principlesFrühjahrstagung des ArbeitskreisesFestkörperphysik der DPG und 21th

General Conference of theCondened Matter Division of theEPS, Dresden,27.-31.03.2006

Elsässer, C.Interfacial electronic structuresand mechanical stabilities ofelectroceramic thin-film hetero-structures TU Chemnitz,31.03.2006

Elsässer, C.Electroceramic perovskite-typethin-film heterostructures – ab-inito theory of interfacial atomistic structures, electronicstates, and mechanical stabilitiesTU Darmstadt,08.05.2006

Vorträge, Poster


Heilmann, A.; Spohn, U.Elektronenmikroskopische undmikromechanische Untersuchun-gen von biologischen Materia-lien: Gewebe, Zellkulturen,Proteinaggregate Firma ProbioDrug Halle, Halle,01.03.2006

Heilmann, A.Laser-induced diffusion processeson metal nanoparticlesDPG-Frühjahrstagung desArbeitskreises Festkörperphysik,Dresden,26.-31.03.2006

Heilmann, A.Geometrieanalyse von Nanopar-tikeln in einer Polymermatrix Symposium »Electron Microscopyin Materials Science«, Halle, 12.05.2006

Heilmann, A.Scanning electron microscopy onbiological materialsBiocity Leipzig, Leipzig, 15.05.2006

Hochrainer, T.Dislocation interactions and dif-fusion terms in a 3D continuumtheory of dislocations3rd Interantional Conference onMultiscale Materials Modeling,Freiburg, 18.-22.09.2006

Holstein, P.Kunststoffe und Verbundwerk-stoffe im AutomobilbauKolloquium an der TU Ilmenau,Fakultät für Maschinenbau,Ilmenau, 30.05.2006

Holstein, P.; Schäuble, R.Schädigungsmodelle für Compo-sitmaterialien – ausgewählteBeispieleComposites Europe, Essen, 20.-22.09.2006

Holstein, P.; Krombholz, A.;Maschke, H.; Busch, M.Bewertung des Einsatzverhaltensvon Kunststoff-Bauteilen miteiner erweiterten bruchmecha-nischen MethodikPolymerwerkstoffe 2006, Halle, 27.-29.09.2006

Jaeger, R.; Koplin, C.; Brand, M.;Meiners, W.Reliability of generatively manu-factrured implantsBernd-Spiessl-Symposium,Basel, Schweiz,17.-19.06.2006

Jaeger, R.; Sauerbier, C.; Mechanical characterisation ofbio-compatible, electro-spunnon-wovens5th Wold Congress of Bio-mechanics, München,29.07.-04.08.2006

Jaeger, R. Zuverlässigkeit von Biomedizini-schen Materialien und Implan-taten FH Reutlingen,22.11.2006

Kailer, A.; Yarim, R.; Berger, W.;van Geldern, M.Grafit-SiC-Werkstoffverbunde fürtribologische Anwendungen inDichtungen und Lagern53. Sitzung des DGM-Arbeits-kreises Materialkundliche Aspektedes Verschleißes und der Zer-spanung, Ruhr-Universität Bochum,02.03.2006

Kleer, G.Bruchmechanik und Langzeit-festigkeit von Glas19. Sitzung der Arbeitsgemein-schaft Stahl und Glas, Wernberg,29.-30.05 2006

Kleer, G.Bruchmechanische Bewertungs-konzepte zur Einsatzsicherungvon Komponenten aus GlasGlass Technology Live, Düsseldorf,24.-28.10.2006

Klengel, R.; Knoll. H.; Petzold, M.;Wohnig, M.; Schräpler, L.Intermetallic compound formati-on in Au/Al thermosonic wirebonding during high tempera-ture annealing at 150 °C as afunction of wire material1st Electronics SystemintegrationTechnology Conference (ESTC),Dresden,05.-07.09.2006

Knoll, H.Methoden zur Bestimmungmechanischer Eigenschaften anBauteilen der Mikrosystem-technik1. Tagung des Instituts für Ober-flächentechnologien und Mikro-systeme an der WestsächsischenHochschule Zwickau (FH), Zwickau, 05.-06.10.2006

Knorr, S.Consideration of grain structuresin Finite Element AnalysisMechanical Reliability of SiliconMEMS- Recent progress and further requirements, Halle, 27.-28.02.2006

Koplin, C.Understanding internal stressesand measuring the mechanicalproperties during curing of dental compositesConseuro 2006, Rom, Italien09.-11.02.2006

Koplin, C.First step FE-Modeling of inter-nal composite behaviour duringcuring dental restorations5th Wold Congress of Bio-mechanics, München,29.07.-04.08.2006

Koskinen, P.Density-functional based tight-binding studies of gold nano-structuresGöteborg University, Göteborg,Schweden,11.02.-15.02.2006

Koskinen, P.Dynamic liquid-liquid phasecoexistence in small gold nano-clusters: 2D or not 2D?Physics days in Tampere,Tampere, Finland09.-11.03.2006

Kraft, T.; Riedel, H.Industrial applications of sinte-ring simulationsCIMTEC 2006, Acireale, Italien,07.06.2006

Krause, M.; Schischka, J.Phasenverifikation mittels EBSDvon intermetallischen Phasen inLotverbindungen5. AK-Treffen »Mikrostruktur-charakterisierung im REM«, Halle, 12.-13.06.2006

Kray, D.; Schumann M.; Eyer A.;Willeke G.P.; Kübler R.; Beinert J.;Kleer G.Solar wafer slicing with looseand fixed grains2006 IEEE 4th World Conferenceon Photovoltaic Energy Conversion,Hawaii, USA,7.-12.05. 2006

Krombholz, A.Moderne optische Messmetho-den zur Charakterisierung vonLangfaserverstärkten BauteilenInnovationsforum: »Kunststoffver-arbeitung – Neue Anwendungs-gebiete – Innovative Produkte undTechnologien«, Schkopau, 25.-26.01.2006

Lieven, E.; Koch, R.; Böhme, W.;Schwarz, S.Influence of the Microstrucrureand local mechanical propertiesof magnesium die cast compo-nents made of MgAl6Mn on thequality of the results of numeri-cal simulation7th International Conference onMagnesium Alloys and theirApplications, Dresden,06.-09.11.2006

Löschner, K.; Dyrba, M.:, Kiesow, A.; Seifert, G.; Heilmann, A.Laser-induced formation andcharacterization of periodicnanostructures in polymer thinfilms with embedded metal particlesDPG-Frühjahrstagung des Arbeits-kreises Festkörperphysik, Dresden, 26.-31.03.2006

Luke, M.Einführung in die Bruch-mechanikVorlesung Schadenskunde,Hochschule Aalen,06.04.2006

Löschner, K.Laser-induced structure formati-on in plasma polymer films withembedded metal nanoparticlesWorkshop SFB 418: »Irradiation-Assisted Methods of Formationand Modification of MetalNanoparticles in Glasses«, Halle, 12.09.2006

Vorträge, Poster


Memhard, D.; Andrieux, F.; Sun, D.-Z.; Feucht, M.; Frank, T.;Ruf, A.Entwicklung und Anwendungvon Material- und Ersatz-modellen zur Simulation vonKlebverbindungenWorkshop zum Werkstoff- undStrukturverhalten bei Crashvor-gängen, Freiburg,25.-26.04.2006

Meinicke, S.; Eckardt, J.;Krombholz, A.Leichtbauprofile aus Cellulose-faserverstärktem PolypropylenTECHNOMER 2005, 19.Fachtagung über Verarbeitung undAnwendung von Polymeren,Chemnitz, 10.-12.11.2005

Moseler, M.Design of tribo-contacts via multiscale simulations15th International ColloquiumTribology Automotive & IndustrialLubrication (TAE),Technische Akademie Esslingen,17.01.2006

Moseler, M.Multiscale simulations of carbonnanomaterialsGöteborg University, Göteborg,Schweden,11.02.-15.02.2006

Moseler, M.Multiscale modeling of carbonnano-materials: ultrasmoothnessof diamond-like carbonSolid-Seminar at the School ofPhysics, Georgia Institute ofTechnology, Georgia, USA,10.03.2006

Moseler, M.Oxidation of magnesia-suppor-ted Pd-clusters leads to the ulti-mate limit of epitaxy with acatalytic functionAPS Spring Meeting,Baltimore, USA,16.03.2006

Moseler, M.Multiscale modeling of carbonnano-materialsCAPE Kolloquium,University of Cambridge, United Kingdom,18.-19.05.2006

Moseler, M.Density functional investigationsof cluster structure and reactivityInternational Conference onClusters at Surfaces,Rostock-Warnemünde,28.05.-02.06.2006

Moseler, M.Ion beam induced smoothing ofsurfacesCOSIRES 2006, Richland, USA,18.-23.06.2006

Moseler, M.Dichtefunktionalrechnungen zurKatalyse auf geträgerten Palla-dium-NanoclusternChemisches Kolloquium,TU München,05.07.2006

Moseler, M.Multiscale modeling of diamond-like carbon formationDiamond 2006, Estoril, Portugal,07.09.2006

Moseler, M.Multiscale modeling of amor-phous carbonSpecialist Meeting on amorphousCarbon, Kreta, Griechenland,11.09.2006

Moseler, M.Multiscale models for ion beamdeposition3rd Int. Conference on MultiscaleMaterials Modeling, Freiburg, 18.-22.09.2006

Mrovec, M.Atomistic simulations of exten-ded defects in tungstenSummer school »Fusion« des IMF-II, Unteröwisheim,28.-30.06.2006

Mrovec, M.; Elsässer, C.Bond-order potentials for simu-lations of phases, interfaces anddislocations in metallic and covalent materialsPsi-k/COST Workshop on multiscalemodeling of extended defects andphase transformations at materialinterfaces, Wroclaw, Poland,24.-26.09.2006

Mrovec, M.Atomistic modeling of hydro carbon systems using analyticbond-order potentialsCECAM, Simulations of novel carb-on materials, Lyon, Frankreich,25.-28.10.2006

Mrovec, M.; Cheng, Y.; Elsässer, C.; Gumbsch, P.Atomistic simulations of disloca-tion-grain boundary interactionsin tungstenMRS Fall 2006, Boston, USA,27.11.-01.12.2006

Pastewka, L.Explaining carbon nanotubeactuationGöteborg University, Göteborg,Schweden,11.02.-15.02.2006

Pastewka, L.An atomistic-continuum multi-scale approach towards techno-logical realization of carbonnanotube actuators3rd International Conference onMultiscale Materials Modeling,Freiburg, 18.-22.09.2006

Petzold, M.Bewertung der Mikroschweiß-verbindung beim Drahtbondenmikroelektronischer Bauele-menteDVS-Innovationsforum, Essen, 15.09.2005

Petzold, M.Werkstoffmechanische Prüf-verfahren für MikrobauteileWorkshop Messtechnik in derMikro- und Präzisionstechnik,Berlin, 09.-10.03.2006

Petzold, M.; Bennemann, S.; Graff, A.; Krause, M.; Müller, M;Wiese, S.; Wolter, K.-J.Analytical and mechanicalmethods for material propertyinvestigations of SnAgCu-solder1st Electronics SystemintegrationTechnology Conference (ESTC)Dresden,05.-07.09.2006

Pfeiffer, W.Distortion and residual stressesin welded Al-structuresGerman-Egyptian Workshop»Welding of Aluminum LightWeight Structures«, German University Cairo, Ägypten,20.-21.02.2006

Pfeiffer, W.Eigenspannungseffekte bei derHartbearbeitung von KeramikIndustriearbeitskreisKeramikbearbeitung,Technische Universität Berlin,04.05.2006

Pfeiffer, W.; Blug, B.; Wenzel, J.Shot peening of hard chromiumcoatings: damage or benefit?Surmat 06, Saint-Étienne,Frankreich,15.-17.11.2006

Pou, P.; Perez, R.; Gumbsch, P.A simple model to understandthe cleavage of diamond fromthe bond breaking3rd International Conference onMultiscale Materials Modeling,Freiburg, 18.-22.09.2006

Richter, F.; Manns, P.; Demmer, A.;Pongs, G.Untersuchungen zum Einsatz-verhalten von keramischenFormenwerkstoffen für dasBlankpressen optischer GläserJahrestagung der DeutschenKeramischen Gesellschaft,Stuttgart,04.04.2006

Riedel, H.Texture in magnesium and two-phase materialsGAMM Jahrestagung, Berlin,27.03.2006

Riedel, H.Texturmodelle und Kristall-plastizitätStrategiesitzung Max-Planck-Gesellschaft/FraunhoferGesellschaft, Düsseldorf,24.04.2006

Riedel, H.Advances in modeling ceramicshaping techniquesShaping III, Limoges, Frankreich,11.05.2006


Vorträge, Poster

Riedel, H.Prozesskettensimulation: vomWalzen bis zum CrashcrashMAT Veranstaltung beiDaimlerChrysler, Sindelfingen,19.05.2006

Riedel, H.; Wonisch, A.; Bierwisch, C.; Kraft, T.; Moseler, M.Simulation von Prozessfolgenmit der Diskrete-Element-Methode25. Hagener SymposiumPulvermetallurgie,23.11.2006

Riediger, T.; Altmann, F.Einsatz thermischer Abbildungs-verfahren zur Fehlerlokalisierungan mikroelektronischen Bauele-mentenITG-Diskussionssitzung derFachgruppe »Fehlermechanismenbei kleinen Geometrien«, Grainau, 23.-24.05.2006

Schäuble, R.; Schäfer, R.;Neubrand, A.; Thielicke, B.Designstudie für kriech- undthermoschock-resistente oxi-dische Faserkomposite28. Sitzung des Arbeitskreises AKVerstärkung keramischer Werk-stoffe: »Modellierung von kerami-schen Verbundwerkstoffen«,Bremen, 09.-10.03.2006

Schmidt, C.; Kawalla, R.; Walde, T.;Riedel, H.Simulation of texture evolutionduring rolling of magnesiumalloy AZ31Thermec 2006, Vancouver, Kanada,06.07.2006

Schwan, S.; Frizsche, M.; Prüfer, D.; Heilmann, A.; Spohn, U.Micromechanical investigationsof chemomechanical P-Proteinaggregates (forisomes) fromVicia FabaOhio State University Columbus,USA,25.04.2006

Schwan, S.; Cismak, A.; Spohn, U.Heilmann, A.Micromechanical measurementson mechano-chemical proteinsmrs spring meetingSan Francisco, USA,20.04.2006

Schwan, S.; Cismak, A.; Spohn, U.;Heilmann, A.Mechanochemical plant proteinsas artificial muscles?1st International Conference onMechanics of Biomaterials andTissues, Hawaii, USA,11.-15.12.2005

Schwarz, S.; Bolch, T.; Muell, K.Application-optimized systemproperties by specific designedhard chrom coatingsSurmat 2006, Saint-Etiènne,Frankreich,15.-17.11.2006

Seelig, Th.; Klamser, H.; Boschet, B.; Malcher, D.Experimentelle Charakterisie-rung und numerische Simulationeines PKW-GummilagersCrashMAT-Workshop, Freiburg,25.-26.05.2006

Seelig, Th.Computational modeling ofdeformation and failure mecha-nisms in thermoplastic micro-layer compositesInternational Workshop »Researchin Mechanics of Composites2006«, Bad Herrenalb,26.-29.11.2006

Siegele, D.; Brand, M.; Veneziano, C.Numerical welding simulation of an aluminium automotivecomponent59th Annual Assembly of theInternational Institute of Welding,Commission X »StructuralPerformance of Welded Joints –Fracture Avoidance«,Québec City, Kanada,27.08.-02.09.2006

Seelig, T.Mikromechanische Modellierungvon Deformations- und Schädi-gungsmechanismen in heteroge-nen amorphen ThermoplastenSitzung des ArbeitskreisesBauteilsimulation, DeutschesKunststoff-Institut, Darmstadt,10.10.2006

Siegele, D.; Pyttel, B.;Varfolomeyev, I.; Luke, M.; Berger, C.New developments in the FKMGuideline »Fracture mechanicsproof of strength for enginee-ring components«59th Annual Assembly of theInternational Institute of Welding,Commission X »StructuralPerformance of Welded Joints –Fracture Avoidance«,Québec City, Kanada,27.08.-02.09.2006

Siegele, D.; Hohe, J.; Friedmann, V.Überprüfung des Mastercurve-Konzepts zur Sprödbruchbewer-tung ferritischer Stähle4. Workshop KompetenzverbundKerntechnik »Komponentensicher-heit«, Stuttgart,04.10.2006

Siegele, D.; Brand, M.; Veneziano, C.Numerical welding simulation ofaluminium structuresEuroPAM, 16. EuropeanConference and Exhibition onDigital Simulation for VirtualEngineering, Toulouse, Frankreich,10.-12.10.2006

Simon, M.; Altmann, F.; Graff, A.FIB-Milling mit analogemRastergeneratorCrossbeam-Workshop, Halle, 26.-27.04.2006

Sommer, S.Modeling of deformation anddamage of spot welds in crashsimulationsBT Material Technology Days,Hennigsdorf,27.-28.06.2006

Spohn, U.Micromechanical investigation ofchemo-mechanical active proteinaggregates - P-protein aggregates(forisomes) and comparison withother protein based materials Internationales Symposium »Nanomeets Bio and IT«, Oulu, Finnland,06.09.2006

Sun, D.-Z.Characterisation and modelingof the damage behaviour ofaluminium components undercrash loadingBT Material Technology Days,Hennigsdorf,27.-28.06.2006

Teuscher, N.; Thormann, A.;Heilmann, A.; Katzer, D.Mechanical stability of tissuesmade from nanoporous aluminamembranes1st International Conference onMechanics of Biomaterials andTissues, Hawaii, USA,11.-15.12.2005

Westerheide, R.; von der Wehd, C.;Albarski, O.; Durschang, B.; Probst, J.; Raether, F.; Stephan, M.;Thiel, N. CAD/CAM-bearbeitete Infiltra-tionskeramik für die Anwendungals Brückenmaterial im Seiten-zahnbereichSymposium HochleistungskeramikDGM/DKG, Stuttgart,05.-06.04.2006

Wiemer, M.; Fischer, C.; Bernasch, M.; Bagdahn, J. Strength characterization ofdirectly bonded silicon 2nd International Workshop onWafer Bonding for MEMSTechnologies, Book of Abstracts,Halle, 09.-11.04.2006


Ausstattung Freiburg

Mechanische Prüfung

• Servohydraulische und elektro-mechanische Prüfmaschinen für Prüfkräfte bis 8 MN mit Prüf-kammern von 80 bis 2500 K

• Schnellzerreißmaschinen bis 100 kN und Abzugsgeschwindig-keiten bis 100 m/s

• Rohrprüfstände für Langzeit- und Innendruckversuche bei Temperaturen bis 750 °C, zum Teil mit Wechsellasteinrichtungenzur Überlagerung von axialem Zug und Druck

• Spannfeld für Bauteilprüfungen mit biaxialer Belastungsein-richtung

• Innendruckprüfeinrichtungen bis 1600 bar und 1000 K

• Pendelschlagwerke von 1 J bis 750 J

• Fallgewichtsanlagen bis 7000 J• Dauerfestigkeitsprüfanlagen• Keramik-Zeitstandlabor• Biegevorrichtung zur R-Kurven-

Messung• Korrosionsprüfstände• Induktive Erwärmungsanlagen• Kugellagerprüfstand• Wälz- und Gleitverschleißprüf-

stände (teilweise temperiert, klimatisiert)

• Hochgeschwindigkeits-Gleitring-dichtungsprüfstand

• Reibungsmesseinrichtung• Dynamische mechanische

Analyse (DMA)• Mikro- und Makrohärteprüfer

(vollautomatisch und manuell)• Mikrohärte-Messeinrichtung• Scanning Scratch Test• Klima- und Temperaturprüf-

kammern• Triaxialpresse bis 7 000 bar• Nanoindenter• Rücksprunghärte Equotip• Registrierender Eindruckversuch

bis 600 °C• Versuchsstände zur thermo-

mechanischen Ermüdung bis 1100 °C

• Versuchsstände zur thermo-mechanischen Ermüdung von Folien und Blechen

• ARAMIS-System zur optischen, dreidimensionalen Dehnungs-messung

Strukturanalyse

• Röntgenbeugungsanlagen für Spannungsmessung, Phasen- undTexturanalyse und Teilchengrößen-bestimmung mit Hoch-temperatureinrichtung bis 2 300 K und Dünnschicht-analyseeinrichtung

• Mobile Diffraktometer für Eigenspannungsanalysen

• Mikrodiffraktometer mit lateralerAuflösung von 50 µm

• Bohrlochverfahren für tiefenauf-lösende Eigenspannungsanalysen

• Hochgeschwindigkeits- und IR-Kameras

• Rasterelektronenmikroskopie mit Röntgenanalysesystemen (EDX)

• Licht- und Stereomikroskopie inkl. Dunkelfeld, DIK und Heiz-tisch

• Plasmaätzanlage• Bedampfungs-/Sputteranlagen• Dilatometer bis 2000 °C• Wasserstoffanalysator inkl.

Temperierkammer• Dichte- und Porösitätsmess-

einrichtungen• Jominy-Versuchsstand• Quantitatives Bildanalysesystem

(Image C; Matan; IMES)• Rauhigkeitsmesseinrichtung

Verfahrenstechnik

• Plasma-CVD-Beschichtungs-anlagen

• Sputteranlagen• DC-Trioden-Beschichtungsanlage• DC-Plus Beschichtungsanlage• Hochfequenz-Magnetron-Bias-

Beschichtungsanlage• Ionenstrahlbeschichtungsanlage• Ionenstrahlunterstützte

Elektronenstrahlverdampfungs-anlage

• PVD-Beschichtungsanlagen• Reinraum der Klasse 1000• Blankpressanlage für präzisions-

optische Bauteile aus anorga-nischem Glas

• Pressanlage für Heißprägen von Glas

• Hochpräzisions-Dreh- und –Fräsmaschinen

• Spezielle Trenntechnik für Faser-verbunde, Halbleiterwerkstoffe, Metalle und keramische Werkstoffe

• Laserschneidanlage zum thermi-schen Trennen von Glas

• Schweiß-Simulationseinrichtung für thermische und thermisch-mechanische Beanspruchung (GLEEBLE 2000)

Numerische Simulation

• Linux-Serverfarms und Linux-Clusters mit 32-Bit und 64-Bit Prozessoren, Parallel-Rechner aufIA64-Basis mit Shared-Memory (SMP).

• Software-Pakete: ABAQUS, ANSYS, PAM-CRASH, PAM-Stamp, LS-Dyna, FEAP, SYSWELD zur FE-Simulation von Bauteil-verhalten und Herstellungs-prozessen.

• Eigenentwicklung von Werkstoff-modellen zur Anwendung in denSoftwarepaketen zur Berück-sichtigung duktiler Schädigung und nicht isotroper Verfestigung in Metallen, Verformung und Versagen von Kunststoffen, Piezoeffekten, Lebensdauer-vorhersage bei Ermüdung von Hochtemperaturwerkstoffen

• Entwicklung und Kalibrierung von Ersatzmodellen zur Simulation von Fügeverbin-dungen unter Crashbelastung

• Zellmodelle zur Berücksichtigungder Morphologie bei mehr-phasigen Werkstoffen.

• Entwicklung und Einsatz von Computerprogrammen für quan-tenmechanische Berechnungen und atomistische Simulationen von Werkstoffeigenschaften: ab-initio-Dichtefunktionaltheorie,semiempirische tight-binding-Elektronenstrukturmethoden, Molekularstatik- und Molekular-dynamik-Methoden mit klassi-schen Mehrkörper-Kraftfeldern.

Ausstattung Halle


Verfahrenstechnik

• Industriekompatible Profil-Direkt-Extrusionsanlage (konischer Gegenläufer)

• Laborextruder mit Einschnecke und gleichlaufender Doppel-schnecke

• Heißabschlag-Granuliersystem • Schredder und Schnellmischer• Klimaschränke• Flammspritzeinrichtung• Trenntechnik für Faserverbund-

werkstoffe• Rückseitenpräparation für mikro-

elektronische Bauelemente• Plasma-CVD-Beschichtungs-

anlagen• PVD-Beschichtungsanlagen• Nasschemische Beschichtungs-

anlagen (Spin-Coating, Rakel-beschichtung)

• Ionenätzanlage zur Proben-präparation und Oberflächen-bearbeitung

• Präzisionsfräsmaschine• Laminierpresse• am Fraunhofer-Pilotanlagen-

zentrum für Polymersynthese und -verarbeitung (PAZ) in Schkopau verfügbare Technik:- gleichlaufender Doppel-

schneckenextruder- Standard-Spritzgießmaschine

(200t) einen Zusatz für Zwei-komponentenspritzguss

- Injection-Moulding-Compounder (1300t) mit Online-Rheometer

Strukturanalyse

• Transmissionselektronen-mikroskop (STEM CM 20) mit Röntgenanalysesystemen (EDX)

• HR- und UHV-Rasterelektronen-mikroskope mit Röntgenanalyse-systemen (EDX)

• Atmosphärisches Rasterelek-tronenmikroskop (ESEM)

• Rasterkraftmikroskop (AFM)• Fokussierende Ionenstrahlanlage

(FIB) (Single Beam)• Fokussierende Ionenstrahlan-

lagen (Cross Beam FIB) mit inte-griertem Rasterelektronen-mikroskop, Elektronenstrahl-beugungsanalyse (EBSD) und chemischer Analytik (EDX, WDX)

• Ultraschallmikroskop (SAM)• Laser-Scanning-Mikroskop• Forschungs-Lichtmikroskope• Profilometer• Weißlichtinterferometer• Quantitatives Bildanalysesystem

(Analysis)• UV/VIS-Spektrometer • IR-Thermokamera mit Lock-in-

System• Infrarot-Spektrometer• Optische Interferometer• Lichtmikroskope mit Heiztisch• Automatischer elektrischer

Messplatz für Messungen im Picoamperebereich

• Rotationsrheometer• Hochdruckkapillarviskosimeter

mit Rund- und Schlitzdüsen sowie Zusatz zur Aufnahme von PVT-Diagrammen

• Schmelzefestigkeits-Messgerät• Schmelzindex-Messgerät• Dichtebestimmung nach der

Auftriebsmethode• Temperatur- und Wärmeleit-

fähigkeitsmessung (Laser-Flash-Methode)

• Karl-Fischer-Titrator (Feuchtemsessung)

• Dynamische Differenzkalorimetrie(DSC)

• Kontaktwinkelmessung

Mechanische Prüfung

• Servohydraulische und elektro-mechanische Prüfmaschinen für Prüfkräfte bis 250 kN mit temperierten Prüfkammern

• 3D-optisches Dehnungsmess-system (Highspeed)

• Speckle-Interferometer zur berührungslosen Verformungs- und Vibrationsanalyse (ESPI, Vibro-ESPI)

• Zweistrahl-Laserextensometer zurberührungslosen Verformungs-messung

• Pendelschlagwerk• Zeitstandsapparaturen• Klima- und Temperaturprüf-

kammern• Mikrohärte- und Ultramikrohärte-

Messeinrichtungen• Spezielle Prüftechnik für Mikro-

systeme und mikroelektronische Bauelemente

• Pull- und Schertester für die Verbindungstechnik der Mikro-elektronik

• Dynamische mechanische Analyse (DMA)

• In-situ-Verformungseinrichtungenfür Raster- und Transmissions-Elektronenmikroskope

• Mikrooptischer Kraftmessplatz mit Manipulationseinrichtungen

• Versuchsstände zur Festigkeits- und Lebensdauerbewertung von Mikrosystemen

• Mikrosystemanalyzer (MSA) zur berührungslosen Verformungs- und Vibrationsanalyse von Mikrosystemen

Numerische Simulation

• Vernetzte Hochleistungs-Work-stations

• Software-Pakete: ABAQUS, ANSYS, ATHENE, OREAS, CARES,MATLAB

• Eigenentwicklung der Software »Gvect« zur Erzeugung von Finite-Elemente-Modellen aus Messungen von Kornorientie-rungen mit der »Electron Back Scatter Diffraction«-Methode (ANSYS und ABAQUS)

• Software-Eigenentwicklungen zur Anwendung der Randele-mentmethode (BEM): ATHENE, OREAS

• Eigenentwicklung von FE-Post-proceeding-Tools zur Schädi-gungssimulation und Festigkeits-vorhersage in Faserverbund-laminaten mit Bohrungen und Kerben (ANSYS, PATRAN/ NASTRAN)

Anfahrt

Fraunhofer IWM Freiburg

Auto - Autobahnausfahrt Freiburg Mitte,

B31 Richtung Freiburg, Donaueschingen, Abfahrt Richtung Offenburg, nach 3 km rechts Richtung »TÜV, Großmarkt«, erste Möglichkeit links, Wöhlerstraße

- Autobahnausfahrt Freiburg Nord, B294 Richtung Freiburg, Abzweigung B3 Richtung Freiburg, nach 1 km rechts Richtung »Lörrach,Industriegebiete« an der Ampelkreuzung geradeaus, Mooswaldallee, nächste Ampel links Richtung »TÜV, Großmarkt« erste Querstraße links, Wöhlerstraße

Bahn ICE-, IC- und EC-Züge im Stundentakt bisFreiburg-Hbf.; von hier mit dem Taxi, Fahrzeit ca. 10 Minuten

Flugzeug Flughafen Basel / Mühlhausen / Freiburg oderStraßburg; ca. eine Autostunde zum Institut

Fraunhofer IWM Halle

Auto- von Norden / Osten: von der A14 von der

Ausfahrt Halle-Peißen in Richtung Halle-Zentrum fahren, am Riebeckplatz (Kreisver-kehr) in Richtung Eisleben abbiegen, auf der Stadtmagistrale (Hochstraße) hinter der Saale-brücke rechts Richtung Universität/ Weinberg-weg wählen, der Gimritzer Damm geht über in die Heideallee, das Institut liegt nach der Straßenteilung gleich rechts

- von Süden / Westen: von der A9 am Kreuz Rippachtal über die A38 bis Dreieck Halle-Süd auf die A143 bis zur Ausfahrt Halle-Neustadt/Halle-Zentrum fahren, dann ca. 8 km auf der B80 in Richtung Halle bis zum Rennbahn-kreuz, geradeaus weiter Richtung Peißnitz fahren, weiter gerade aus der Ausschilderung Universität /Weinbergweg folgen, der Gim-ritzer Damm geht über in die Heideallee, das Institut liegt nach der Straßenteilung gleich rechts

Bahn ab Halle Hbf. mit der Straßenbahn Linie 5Richtung Heide (Fahrzeit ca. 20 min)

FlugzeugFlughafen Halle-Leipzig, mit Intercity oder S-Bahn nach Halle Hbf. dann mit der StraßenbahnLinie 5 Richtung Heide, Haltestelle Weinberg-weg (Gesamtfahrzeit ca. 40 min)

61

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AusfahrtFreiburg-Nord

AusfahrtFreiburg-Mitte

A 5

B 294

B 3AusfahrtIndustriegebietNord

AusfahrtLandwasser

Padu

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LembergalleeMooswaldalleeW

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R.-Bunsen-Str.

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Sundgauallee

Elsässer Str.

Elsässer Str.

Dreisam

Markwaldstr.

Markwaldstr.

StadtteilLandwasser

Flugplatz

Altstadt

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nach Karlsruhe nach Emmendingen

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Freiburg

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Kröllwitzer-Str.

Ernst-Grube-Str.

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Ludwig-Wucherer-Str.

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nach Magdeburg zur A 9

nach Merseburgnach Eisleben

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Halle


Fraunhofer-Institut fürWerkstoffmechanik IWM

Fraunhofer-Institut fürWerkstoffmechanik IWM

Impressum

RedaktionThomas GötzFranziska Schlesinger

Gestaltung und ProduktionThomas GötzDagmar Wedekind

BildquellenSeiten 2, 28, 34, 44, 52, 58, 64Margrit Müller

Alle übrigen Abbildungen: Fraunhofer IWM

DruckHerter Druck GmbH79312 Emmendingen

Anschrift der RedaktionFraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM ÖffentlichkeitsarbeitWöhlerstraße 1179108 FreiburgTelefon +49 (0) 7 61 / 51 42-1 53Telefax +49 (0) 7 61 / 51 42-1 [email protected]

Alle Rechte vorbehalten.Bei Abdruck ist die Einwilligung der Redaktion erforderlich.

ISSN 1616-3591

Jahresbericht 2006 - Fraunhofer · 2021. 1. 14. · Jahresbericht 2006 Fraunhofer-Institut für...

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