Verfügbarkeit: Lokale Gefügeänderung von Lithium Aluminium Silikat (LAS) mittels ultrakurzer Laserpulse

Lokale Gefügeänderung von Lithium Aluminium Silikat (LAS) mittels ultrakurzer Laserpulse: = Influencing the micro structure of Lithium Aluminiosilicate (LAS) locally by ultrashort pulsed laser irradiation

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
1. Verfasser:	Senn, Florian (VerfasserIn)
Format:	Abschlussarbeit Buch
Sprache:	German
Veröffentlicht:	Düren Shaker Verlag [2020]
Schriftenreihe:	Aachener Berichte Fügetechnik 2020, Band 2
Schlagworte:	Gefügeumwandlung Lithiumsilicatglas Ultrakurzzeitlaser Alumosilicatglas Glaskeramik Lithium Aluminium Silikat (LAS) Ultrakurzpulslaser Hochschulschrift
Online-Zugang:	Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis
Beschreibung:	xxi, 166 Seiten Illustrationen
ISBN:	9783844074079 3844074074

Internformat

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adam_text	INHALTSVERZEICHNIS KURZFASSUNG ............................................................................................................... I ABSTRACT ..................................................................................................................... III NOMENKLATUR ............................................................................................................... XI ABBILDUNGSVERZEICHNIS .............................................................................................. XIX TABELLENVERZEICHNIS .................................................................................................... XXI 1. EINLEITUNG ............................................................................................................. 1 2. WECHSELWIRKUNG UKP LASER - DIELEKTRIKA ......................................................... 5 2.1 FOKUSSIERUNG ULTRAKURZER LASERPULSE ............................................................ 5 2.1.1 DIE ELEKTROMAGNETISCHE WELLE ............................................................ 5 2.1.2 DER GAUSS STRAHL ................................................................................ 8 2.1.3 FOKUSSIERUNG GAUSSSCHER STRAHLEN ................................................. 9 2.2 BAENDERMODELL ................................................................................................. 10 2.3 LINEARE ABSORPTION ......................................................................................... 11 2.4 NICHTLINEARE ABSORPTION (NLA) ....................................................................... 12 2.4.1 TEILMECHANISMUS I: PHOTOIONISATION ................................................ 13 2.4.2 TEILMECHANISMUS II: AVALANCHE-IONISATION (STOSSIONISATION) ........... 15 2.4.3 ZUSAMMENSPIEL VON PHOTO- UND AVALANCHE-IONISATION .................... 17 2.4.4 ENERGIEUEBERTRAGUNG VOM LASER AUF DEN WERKSTOFF: EINZELPULS .... 18 2.4.5 ENERGIEUEBERTRAGUNG VOM LASER AUF DEN WERKSTOFF: MEHRFACHPULSE . 20 2.4.6 EINFLUSS DER PULSBREITE AUF DIE MATERIALMODIFIKATIONEN .................... 20 2.5 NICHTLINEARE PROPAGATION ................................................................................ 22 2.5.1 DISPERSION ......................................................................................... 22 2.5.2 SELBSTFOKUSSIERUNG ............................................................................. 22 2.5.3 FILAMENTATION ...................................................................................... 23 2.5.4 SPHAERISCHE ABERRATION ....................................................................... 24 2.6 OPTICAL BREAKDOWN VS. FILAMENTATION ............................................................ 25 2.6.1 BEDINGUNGEN FUER DAS AUFTRETEN VON OPTICAL BREAKDOWN ........................ 25 2.6.2 BEDINGUNGEN FUER DAS AUFTRETEN VON FILAMENTATION ................................ 25 3. STAND DER TECHNIK ................................................................................................. 27 3.1 GLASKERAMISCHE WERKSTOFFE .......................................................................... 27 3.1.1 KLASSIFIZIERUNG VON GLASKERAMIKEN ................................................... 27 3.1.2 HAUPTPROZESSE DER GLASKERAMIKHERSTELLUNG ..................................... 28 3.1.3 LITHIUM ALUMINIUM SILIKAT (LAS) ......................................................... 31 INHALTSVERZEICHNIS 3.1.4 BANDLUECKENENERGIE VON GLASKERAMIKEN .......................................... 32 3.2 LASERBEARBEITUNG VON GLASKERAMIKEN ......................................................... 33 3.2.1 LASERABLATION VON GLASKERAMIKEN .................................................... 33 3.2.2 POLIEREN VON GLASKERAMIKEN MITTELS LASER ........................................ 33 3.2.3 LASERBEARBEITUNG VON PHOTOSTRUKTURIERBARER GLASKERAMIK .............. 33 3.2.4 LASER-KRISTALLISATION VON GLASKERAMIKEN AUF DER OBERFLAECHE ........... 34 3.2.5 LASER-KRISTALLISATION VON GLASKERAMIKEN IM VOLUMEN ....................... 34 3.3 FAZIT ................................................................................................................ 34 4. PROBLEMSTELLUNG UND ZIELSETZUNG ..................................................................... 35 4.1 PROBLEMSTELLUNG ............................................................................................ 35 4.2 ZIELSETZUNG .................................................................................................... 35 5. WERKSTOFF, METHODEN UND VERSUCHSAUFBAUTEN .................................................... 37 5.1 UNTERSUCHTES LAS SYSTEM ............................................................................. 37 5.1.1 ZUSAMMENSETZUNG ............................................................................. 37 5.1.2 WAERMEBEHANDLUNG ............................................................................. 38 5.1.3 OPTISCHE EIGENSCHAFTEN ..................................................................... 39 5.1.4 MIKROSTRUKTUR .......................................................................................... 41 5.1.5 WERKSTOFFDATEN ................................................................................... 43 5.2 VERSUCHSDURCHFUEHRUNG ....................................................................................... 44 5.3 PROBENHERSTELLUNG ............................................................................................. 46 5.3.1 POLIEREN VON BLOECKEN ........................................................................... 46 5.3.2 HERSTELLUNG VON BIEGEBALKEN ............................................................ 47 5.3.3 HERSTELLUNG VON ABSORPTIONSPLATTEN ....................................................... 48 5.3.4 HERSTELLUNG VON SINGLE-EDGE V-NOTCH BEAM (SEVNB) PROBEN .... 49 5.4 LASERBEARBEITUNG ............................................................................................ 50 5.4.1 LASERSYSTEM ...................................................................................... 50 5.4.2 BEARBEITUNGSAUFBAU ........................................................................... 50 5.4.3 FOKUSSIEROPTIKEN ................................................................................ 51 5.4.4 PERIPHERIE ............................................................................................ 52 5.5 4-PUNKT-BIEGEVERSUCH ................................................................................... 54 5.5.1 EINLEITUNG ............................................................................................ 54 5.5.2 MECHANISCHER TESTAUFBAU .................................................................. 55 5.5.3 WEIBULL-VERTEILUNG ............................................................................. 56 5.6 BRUCHZAEHIGKEIT ............................................................................................... 57 5.6.1 EINLEITUNG .................................................................... 57 5.6.2 SINGLE EDGED V-NOTCHED BEAM (SEVNB) VERFAHREN ....................... 57 5.6.3 VICKERS INDENTATION FRACTURE TOUGHNESS (VIFT) VERFAHREN .............. 58 5.7 ROHROFEN ....................................................................................................... 59 VI INHALTSVERZEICHNIS 5.7.1 AUFBAU .............................................................................................. 59 5.7.2 KALIBRATION ......................................................................................... 60 6. PARAMETERSTUDIE ................................................................................................. 61 6.1 MODIFIKATIONEN MITTELS MIKROSKOPOBJEKTIV ...................................................... 62 6.1.1 DISKRETE MODIFIKATIONEN ..................................................................... 62 6.1.2 KONTINUIERLICHE MODIFIKATIONEN ......................................................... 64 6.2 MODIFIKATIONEN MITTELS FOKUSSIERLINSEN ......................................................... 67 6.2.1 DISKRETE MODIFIKATIONEN ..................................................................... 67 6.2.2 KONTINUIERLICHE MODIFIKATIONEN ......................................................... 69 6.3 EINFLUSS DER PROBENTEMPERATUR ..................................................................... 72 6.4 FAZIT ................................................................................................................ 73 6.4.1 EINFLUSS DER BRENNWEITE ..................................................................... 73 6.4.2 EINFLUSS DER KRISTALLISATIONSKEIME ...................................................... 74 6.4.3 EINFLUSS DER OFENBEHANDLUNG ............................................................ 75 6.4.4 PARAMETER FUER KRISTALLISATIONSVERSUCHE .............................................. 75 7. THERMISCHE SIMULATION ...................................................................................... 77 7.1 BESTIMMUNG DES BRECHUNGSINDEX VON LAS ................................................. 77 7.2 BESTIMMUNG DER NICHTLINEAREN ABSORPTION VON LAS ..................................... 78 7.2.1 VERSUCHSAUFBAU ................................................................................ 78 7.2.2 AUSWERTUNG ......................................................................................... 80 7.3 SIMULATIONSANSATZ ......................................................................................... 82 7.4 MODELL ............................................................................................................. 82 7.5 SIMULATIONSERGEBNISSE ................................................................................... 84 7.6 FAZIT ................................................................................................................ 86 8. GEFUEGEANALYSE .................................................................................................... 87 8.1 EINLEITUNG ....................................................................................................... 87 8.2 EINORDNUNG IM ZEIT-TEMPERATUR-DIAGRAMM ................................................... 88 8.3 AUSWERTUNG DER BEARBEITUNG MITTELS MIKROSKOPOBJEKTIV ............................... 89 8.3.1 REM AUFNAHMEN MITTELS SEKUNDAERELEKTRONENKONTRAST .................... 89 8.3.2 REM AUFNAHMEN MITTELS RUECKSTREUELEKTRONENKONTRAST (BSE) .... 90 8.4 AUSWERTUNG DER BEARBEITUNG MITTELS FOKUSSIEROPTIKEN ................................... 92 8.5 EINFLUSS DER MODIFIKATIONSBREITE ..................................................................... 94 8.6 UEBERLAGERUNG VON MODIFIKATIONEN .................................................................. 95 8.6.1 ANORDNUNG DER MODIFIKATIONEN ......................................................... 95 8.6.2 AUSWERTUNG DER REM AUFNAHMEN ................................................... 96 8.7 EINFLUSS DER KRISTALLISATIONSZEIT AUF DAS GEFUEGE ........................................... 98 8.7.1 OHNE LASERINDUZIERTE MODIFIKATIONEN ................................................ 98 VII INHALTSVERZEICHNIS 8.7.2 MIT EINZELNEN LASERINDUZIERTEN MODIFIKATIONEN .................................. 99 8.7.3 MIT SICH UEBERLAPPENDEN LASERINDUZIERTEN MODIFIKATIONEN ..................... 100 8.8 FAZIT ................................................................................................................. 102 9. BEEINFLUSSUNG DER MECHANISCHEN EIGENSCHAFTEN ............................................. 105 9.1 VERSUCHSBESCHREIBUNG ..................................................................................... 105 9.1.1 BIEGEFESTIGKEIT ..................................................................................... 105 9.1.2 BRUCHZAEHIGKEIT ..................................................................................... 107 9.2 AUSWERTUNG ...................................................................................................... 109 9.2.1 BIEGEFESTIGKEIT ..................................................................................... 109 9.2.2 BRUCHZAEHIGKEIT ..................................................................................... 112 9.3 FAZIT .................................................................................................................. 116 9.3.1 BIEGEFESTIGKEIT ..................................................................................... 116 9.3.2 BRUCHZAEHIGKEIT ..................................................................................... 116 10. BEEINFLUSSUNG DER OPTISCHEN EIGENSCHAFTEN ...................................................... 117 10.1 VERSUCHSBESCHREIBUNG ..................................................................................... 117 10.1.1 TRANSMISSIONSMESSUNG MITTELS MIKROSKOP .......................................... 117 10.1.2 SPEKTRALE ANALYSE DES TRANSMITTIERTEN LICHTES ..................................... 118 10.2 AUSWERTUNG ....................................................................................................... 119 10.2.1 TRANSMISSIONSMESSUNG MITTELS MIKROSKOP .......................................... 119 10.2.2 SPEKTRALE ANALYSE DES TRANSMITTIERTEN LICHTES .................................... 122 10.3 FAZIT .................................................................................................................. 123 10.3.1 VERGROESSERUNG DER FLAECHE DER GLASPHASE .......................................... 123 10.3.2 EINFLUSS DER WAERMEBEHANDLUNG ........................................................... 123 11. ZUSAMMENFASSUNG ................................................................................................ 125 12. AUSBLICK .................................................................................................................. 129 13. LISTE DER GENEHMIGTEN VEROEFFENTLICHUNGEN ........................................................ 131 13.1 SCHRIFTLICHE PUBLIKATIONEN ............................................................................... 131 13.2 VORTRAEGE ............................................................................................................ 131 14. LITERATURVERZEICHNIS .............................................................................................. 133 15. DANKSAGUNG ............................................................................................................ 149 A. ANHANG ..................................................................................................................... 151 A.1 MESSUNG DER BEUGUNGSMASSZAHL M 2 .............................................................. 151 A.2 KNIFE-EDGE MESSUNG ........................................................................................ 153 A.3 POLITURPROZESS ................................................................................................. 156 VIII INHALTSVERZEICHNIS A.4 KONTROLLMESSUNG OFEN .................................................................................... 157 A.5 TRANSMISSIONS- UND ABSORPTIONSMESSUNG .................................................... 159 A.6 MESSUNG DER NLA MIT FOKUSSIERLINSEN .......................................................... 161 A.7 PROJEKTSKIZZE .................................................................................................. 162 A.8 SOFTWARE FUER ROHROFENREGELUNG - LABVIEW .................................................. 163 A.9 SOFTWARE FUER NLA MESSUNG - LABVIEW .......................................................... 165 IX
adam_txt	INHALTSVERZEICHNIS KURZFASSUNG . I ABSTRACT . III NOMENKLATUR . XI ABBILDUNGSVERZEICHNIS . XIX TABELLENVERZEICHNIS . XXI 1. EINLEITUNG . 1 2. WECHSELWIRKUNG UKP LASER - DIELEKTRIKA . 5 2.1 FOKUSSIERUNG ULTRAKURZER LASERPULSE . 5 2.1.1 DIE ELEKTROMAGNETISCHE WELLE . 5 2.1.2 DER GAUSS STRAHL . 8 2.1.3 FOKUSSIERUNG GAUSSSCHER STRAHLEN . 9 2.2 BAENDERMODELL . 10 2.3 LINEARE ABSORPTION . 11 2.4 NICHTLINEARE ABSORPTION (NLA) . 12 2.4.1 TEILMECHANISMUS I: PHOTOIONISATION . 13 2.4.2 TEILMECHANISMUS II: AVALANCHE-IONISATION (STOSSIONISATION) . 15 2.4.3 ZUSAMMENSPIEL VON PHOTO- UND AVALANCHE-IONISATION . 17 2.4.4 ENERGIEUEBERTRAGUNG VOM LASER AUF DEN WERKSTOFF: EINZELPULS . 18 2.4.5 ENERGIEUEBERTRAGUNG VOM LASER AUF DEN WERKSTOFF: MEHRFACHPULSE . 20 2.4.6 EINFLUSS DER PULSBREITE AUF DIE MATERIALMODIFIKATIONEN . 20 2.5 NICHTLINEARE PROPAGATION . 22 2.5.1 DISPERSION . 22 2.5.2 SELBSTFOKUSSIERUNG . 22 2.5.3 FILAMENTATION . 23 2.5.4 SPHAERISCHE ABERRATION . 24 2.6 OPTICAL BREAKDOWN VS. FILAMENTATION . 25 2.6.1 BEDINGUNGEN FUER DAS AUFTRETEN VON OPTICAL BREAKDOWN . 25 2.6.2 BEDINGUNGEN FUER DAS AUFTRETEN VON FILAMENTATION . 25 3. STAND DER TECHNIK . 27 3.1 GLASKERAMISCHE WERKSTOFFE . 27 3.1.1 KLASSIFIZIERUNG VON GLASKERAMIKEN . 27 3.1.2 HAUPTPROZESSE DER GLASKERAMIKHERSTELLUNG . 28 3.1.3 LITHIUM ALUMINIUM SILIKAT (LAS) . 31 INHALTSVERZEICHNIS 3.1.4 BANDLUECKENENERGIE VON GLASKERAMIKEN . 32 3.2 LASERBEARBEITUNG VON GLASKERAMIKEN . 33 3.2.1 LASERABLATION VON GLASKERAMIKEN . 33 3.2.2 POLIEREN VON GLASKERAMIKEN MITTELS LASER . 33 3.2.3 LASERBEARBEITUNG VON PHOTOSTRUKTURIERBARER GLASKERAMIK . 33 3.2.4 LASER-KRISTALLISATION VON GLASKERAMIKEN AUF DER OBERFLAECHE . 34 3.2.5 LASER-KRISTALLISATION VON GLASKERAMIKEN IM VOLUMEN . 34 3.3 FAZIT . 34 4. PROBLEMSTELLUNG UND ZIELSETZUNG . 35 4.1 PROBLEMSTELLUNG . 35 4.2 ZIELSETZUNG . 35 5. WERKSTOFF, METHODEN UND VERSUCHSAUFBAUTEN . 37 5.1 UNTERSUCHTES LAS SYSTEM . 37 5.1.1 ZUSAMMENSETZUNG . 37 5.1.2 WAERMEBEHANDLUNG . 38 5.1.3 OPTISCHE EIGENSCHAFTEN . 39 5.1.4 MIKROSTRUKTUR . 41 5.1.5 WERKSTOFFDATEN . 43 5.2 VERSUCHSDURCHFUEHRUNG . 44 5.3 PROBENHERSTELLUNG . 46 5.3.1 POLIEREN VON BLOECKEN . 46 5.3.2 HERSTELLUNG VON BIEGEBALKEN . 47 5.3.3 HERSTELLUNG VON ABSORPTIONSPLATTEN . 48 5.3.4 HERSTELLUNG VON SINGLE-EDGE V-NOTCH BEAM (SEVNB) PROBEN . 49 5.4 LASERBEARBEITUNG . 50 5.4.1 LASERSYSTEM . 50 5.4.2 BEARBEITUNGSAUFBAU . 50 5.4.3 FOKUSSIEROPTIKEN . 51 5.4.4 PERIPHERIE . 52 5.5 4-PUNKT-BIEGEVERSUCH . 54 5.5.1 EINLEITUNG . 54 5.5.2 MECHANISCHER TESTAUFBAU . 55 5.5.3 WEIBULL-VERTEILUNG . 56 5.6 BRUCHZAEHIGKEIT . 57 5.6.1 EINLEITUNG . 57 5.6.2 SINGLE EDGED V-NOTCHED BEAM (SEVNB) VERFAHREN . 57 5.6.3 VICKERS INDENTATION FRACTURE TOUGHNESS (VIFT) VERFAHREN . 58 5.7 ROHROFEN . 59 VI INHALTSVERZEICHNIS 5.7.1 AUFBAU . 59 5.7.2 KALIBRATION . 60 6. PARAMETERSTUDIE . 61 6.1 MODIFIKATIONEN MITTELS MIKROSKOPOBJEKTIV . 62 6.1.1 DISKRETE MODIFIKATIONEN . 62 6.1.2 KONTINUIERLICHE MODIFIKATIONEN . 64 6.2 MODIFIKATIONEN MITTELS FOKUSSIERLINSEN . 67 6.2.1 DISKRETE MODIFIKATIONEN . 67 6.2.2 KONTINUIERLICHE MODIFIKATIONEN . 69 6.3 EINFLUSS DER PROBENTEMPERATUR . 72 6.4 FAZIT . 73 6.4.1 EINFLUSS DER BRENNWEITE . 73 6.4.2 EINFLUSS DER KRISTALLISATIONSKEIME . 74 6.4.3 EINFLUSS DER OFENBEHANDLUNG . 75 6.4.4 PARAMETER FUER KRISTALLISATIONSVERSUCHE . 75 7. THERMISCHE SIMULATION . 77 7.1 BESTIMMUNG DES BRECHUNGSINDEX VON LAS . 77 7.2 BESTIMMUNG DER NICHTLINEAREN ABSORPTION VON LAS . 78 7.2.1 VERSUCHSAUFBAU . 78 7.2.2 AUSWERTUNG . 80 7.3 SIMULATIONSANSATZ . 82 7.4 MODELL . 82 7.5 SIMULATIONSERGEBNISSE . 84 7.6 FAZIT . 86 8. GEFUEGEANALYSE . 87 8.1 EINLEITUNG . 87 8.2 EINORDNUNG IM ZEIT-TEMPERATUR-DIAGRAMM . 88 8.3 AUSWERTUNG DER BEARBEITUNG MITTELS MIKROSKOPOBJEKTIV . 89 8.3.1 REM AUFNAHMEN MITTELS SEKUNDAERELEKTRONENKONTRAST . 89 8.3.2 REM AUFNAHMEN MITTELS RUECKSTREUELEKTRONENKONTRAST (BSE) . 90 8.4 AUSWERTUNG DER BEARBEITUNG MITTELS FOKUSSIEROPTIKEN . 92 8.5 EINFLUSS DER MODIFIKATIONSBREITE . 94 8.6 UEBERLAGERUNG VON MODIFIKATIONEN . 95 8.6.1 ANORDNUNG DER MODIFIKATIONEN . 95 8.6.2 AUSWERTUNG DER REM AUFNAHMEN . 96 8.7 EINFLUSS DER KRISTALLISATIONSZEIT AUF DAS GEFUEGE . 98 8.7.1 OHNE LASERINDUZIERTE MODIFIKATIONEN . 98 VII INHALTSVERZEICHNIS 8.7.2 MIT EINZELNEN LASERINDUZIERTEN MODIFIKATIONEN . 99 8.7.3 MIT SICH UEBERLAPPENDEN LASERINDUZIERTEN MODIFIKATIONEN . 100 8.8 FAZIT . 102 9. BEEINFLUSSUNG DER MECHANISCHEN EIGENSCHAFTEN . 105 9.1 VERSUCHSBESCHREIBUNG . 105 9.1.1 BIEGEFESTIGKEIT . 105 9.1.2 BRUCHZAEHIGKEIT . 107 9.2 AUSWERTUNG . 109 9.2.1 BIEGEFESTIGKEIT . 109 9.2.2 BRUCHZAEHIGKEIT . 112 9.3 FAZIT . 116 9.3.1 BIEGEFESTIGKEIT . 116 9.3.2 BRUCHZAEHIGKEIT . 116 10. BEEINFLUSSUNG DER OPTISCHEN EIGENSCHAFTEN . 117 10.1 VERSUCHSBESCHREIBUNG . 117 10.1.1 TRANSMISSIONSMESSUNG MITTELS MIKROSKOP . 117 10.1.2 SPEKTRALE ANALYSE DES TRANSMITTIERTEN LICHTES . 118 10.2 AUSWERTUNG . 119 10.2.1 TRANSMISSIONSMESSUNG MITTELS MIKROSKOP . 119 10.2.2 SPEKTRALE ANALYSE DES TRANSMITTIERTEN LICHTES . 122 10.3 FAZIT . 123 10.3.1 VERGROESSERUNG DER FLAECHE DER GLASPHASE . 123 10.3.2 EINFLUSS DER WAERMEBEHANDLUNG . 123 11. ZUSAMMENFASSUNG . 125 12. AUSBLICK . 129 13. LISTE DER GENEHMIGTEN VEROEFFENTLICHUNGEN . 131 13.1 SCHRIFTLICHE PUBLIKATIONEN . 131 13.2 VORTRAEGE . 131 14. LITERATURVERZEICHNIS . 133 15. DANKSAGUNG . 149 A. ANHANG . 151 A.1 MESSUNG DER BEUGUNGSMASSZAHL M 2 . 151 A.2 KNIFE-EDGE MESSUNG . 153 A.3 POLITURPROZESS . 156 VIII INHALTSVERZEICHNIS A.4 KONTROLLMESSUNG OFEN . 157 A.5 TRANSMISSIONS- UND ABSORPTIONSMESSUNG . 159 A.6 MESSUNG DER NLA MIT FOKUSSIERLINSEN . 161 A.7 PROJEKTSKIZZE . 162 A.8 SOFTWARE FUER ROHROFENREGELUNG - LABVIEW . 163 A.9 SOFTWARE FUER NLA MESSUNG - LABVIEW . 165 IX
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