Laserstrahlschweißen von Aluminiumoxidkeramik:
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LASERSTRAHLSCHWEISSEN VON
ALUMINIUMOXIDKERAMIK
DISSERTATION
ZUR ERLANGUNG DES AKADEMISCHEN GRADES
DOKTOR- INGENIEUR
VORGELEGT DER FAKULTAET FUER MASCHINENBAU DER TECHNISCHEN UNIVERSITAET
ILMENAU
VON DIPL.- ING. (FH) ANNE- MARIA NAGEL GEBOREN AM 30.11.1967 IN
MERSEBURG
BERICHTERSTATTER:
PROF. DR.- ING. HABIL. PETER WIESNER PROF. DR.- ING. HORST EXNER PROF.
DR. RER. NAT. HABIL. EBERHARD MUELLER
TAG DER OEFFENTLICHEN AUSSPRACHE: 29.11.1999
VERFAHRENSNUMMER: M.B. 44
IMAGE 2
INHALTSVERZEICHNIS
FORMELZEICHEN UND ABKUERZUNGEN III
ABSTRACT VI
1 EINLEITUNG 1
2 GRUNDLAGEN UND STAND DER TECHNIK 2
2.1 KERAMIK 2
2.2 KERAMISCHE FORMGEBUNG 3
2.3 FUEGEN VON KERAMIK 6
3 PRAEZISIERUNG DER AUFGABENSTELLUNG 13
4 LOESUNGSKONZEPT 14
5 EXPERIMENTELLER TEIL 17
5.1 GERAETETECHNISCHER AUFBAU DER VERSUCHSANLAGE 17
5.1.1 SCHWEISSLASER 17
5.1.2 VORHEIZLASER 17
5.1.3 SCANNER ZUR FUEHRUNG DES VORHEIZLASERSTRAHLES 17
5.1.4 PYROMETER ZUR TEMPERATURERFASSUNG 18
5.1.5 SCHALLEMISSIONSANALYSE 19
5.1.6 VERKNUEPFUNG UND STEUERUNG DER GERAETE 20
5.2 AUFNAHME DER PROBEKOERPER 21
5.3 VERWENDETE WERKSTOFFE 23
5.3.1 WEISSE KERAMIK 23
5.3.2 TRANSPARENTE KERAMIK 24
5.3.3 NIOB 26
5.3.4 TITAN 27
5.4 ANALYTIK UND CHARAKTERISIERUNGSVERFAHREN 28
5.5 VERSUCHSDURCHFUEHRUNG-TECHNOLOGISCHE BETRACHTUNGEN 30
5.5.1 TRENNEN KERAMISCHER MATERIALIEN 30
5.5.2 VORHEIZEN MIT GESCANNTEM LASERSTRAHL 34
5.5.3 SCHWEISSEN MIT ND: YAG- LASERSTRAHLUNG 37
5.6 VERSUCHSERGEBNISSE 37
5.6.1 SCHWEISSEN VON WEISSER AI2O3- KERAMIK UNTEREINANDER 37
5.6.1.1 VORHEIZTEMPERATUR 37
5.6.1.1.1 MINDESTVORHEIZTEMPERATUR 37
IMAGE 3
5.6.1.1.2 BESTIMMUNG DER MAXIMAL MOEGLICHEN AUFHEIZ- UND
ABKUEHLGESCHWINDIGKEIT 40
5.6.1.1.3 BESTIMMUNG DES MAXIMAL ZULAESSIGEN TEMPERATURGRADIENTEN UEBER
DIE FLAECHE. 41
5.6.1.2 GEFUEGEENTWICKLUNG 43
5.6.1.2.1 VARIATION DER BETRIEBSART DES SCHWEISSLASERS 43
5.6.1.2.2 VARIATION VON SCHWEISSSTRAHLLEISTUNG UND
VORSCHUBGESCHWINDIGKEIT 46
5.6.1.2.3 VARIATION DER FOKUSLAGE 54
5.6.1.2.4 VARIATION DER VORHEIZTEMPERATUR 56
5.6.1.3 FESTIGKEITSUNTERSUCHUNGEN 57
5.6.2 SCHWEISSEN VON TRANSPARENTER AI2O3- KERAMIK UNTEREINANDER 61
5.6.2.1 VORHEIZTEMPERATUR 61
5.6.2.1.1 MINDESTVORHEIZTEMPERATUR 61
5.6.2.1.2 BESTIMMUNG DER MAXIMALEN AUF HEIZ- UND ABKUEHLGESCHWINDIGKEIT
65
5.6.2.2 GEFUEGEENTWICKLUNG * 66
5.6.3 SCHWEISSEN VON TRANSPARENTER MIT WEISSER AL 2 0 3 - KERAMIK 71
5.6.3.1 VORHEIZREGIME 71
5.6.3.1.1 GEFUEGEENTWICKLUNG 72
5.6.4 EINFLUSS DER LASERSCHWEISSBEARBEITUNG AUF DEN KERAMISCHEN VERBUND
....75
5.6.5 SCHWEISSEN VON WEISSER AI2O3- KERAMIK MIT METALL 79
5.6.5.1 SCHWEISSEN VON WEISSER AI2O3- KERAMIK MIT TITAN 79
5.6.5.2 SCHWEISSEN VON WEISSER AL 203- KERAMIK MIT NIOB 88
5.7 TEMPERATUR- UND SPANNUNGSFELDBERECHNUNG 96
5.7.1 KONKRETISIERUNG DER AUFGABE 97
5.7.2 LOESUNG 98
5.7.2.1 ANALYTISCHE TEMPERATURFELDBERECHNUNG MITTELS TABELLENKALKULATION
98
5.7.2.2 NUMERISCHE TEMPERATUR- UND SPANNUNGSFELDBERECHNUNG MITTELS FEM
103
5.7.2.3 DISKUSSION UND SCHLUSSFOLGERUNGEN 112
6 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 115
7 LITERATURVERZEICHNIS 120
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