Eintrag in der Universitätsbibliographie der TU Chemnitz
Trautmann, Maik
Wagner, Guntram
Beschichtung von Kohlenstoffeinzelfasern für die Funktionalisierung von Faser-Kunststoff-Verbunden
Coating of single carbon fibers for functionalizing of fibre-reinforced composites
Kurzfassung in deutsch
Kohlenstofffasern als integraler Bestandteil von faserverstärkten Polymermatrix-Verbundwerkstoffen können über eine Beschichtung zusätzliche Funktionen ermöglichen. Ein Werkstoff, der sich aufgrund seiner außergewöhnlichen Eigenschaften für eine funktionale Beschichtung eignet, ist eine Formgedächtnislegierung. Diese kann je nach stöchiometrischer Zusammensetzung aktorische oder sensorische Funktionen erfüllen. Die vorliegende Arbeit beinhaltete experimentelle Untersuchungen zur Abscheidung der Formgedächtnislegierung NiTi auf Kohlenstofffasern mit dem DC-Magnetronsputtern. Über systematische Untersuchungen an Graphitproben werden die Einflüsse der stöchiometrischen Zusammensetzung der Schicht sowie die notwendig thermische Behandlung zur Bildung der kristallinen NiTi-Phase untersucht. Über das Konzept der Joulschen Widerstandserwärmung von Kohlenstofffaserbündel und –einzelfasern erfolgt die thermische Behandlung der Fasern während und nach dem Beschichtungsprozess. Die Fasern werden hinsichtlich ihrer elektrischen und mechanischen Eigenschaften in verschiedenen Zuständen untersucht, sowie elektronenmikroskopisch charakterisiert. Die Ergebnisse haben gezeigt, dass eine gleichmäßige Schicht auf den Umfang einer Einzelfaser durch Rotation hergestellt werden kann. Über die Stromzufuhr kann die Temperatur auf der Faser gezielt eingestellt werden. Durch die thermische Behandlung bei 500 °C kommt es zu einer diffusionsbedingten Verbindung von Schicht und Faser. Dabei kommt es zur Bildung von Phasen, die eine Reduzierung der mechanischen Eigenschaften im Zugversuch mit sich führen.
Kurzfassung in englisch
Carbon fibres as an integral component of fibre-reinforced polymer matrix composites can provide additional functions by a coating of them. Shape memory alloys are a suitable material for such a functional coating due to their extraordinary properties. Depending on their stoichiometric composition, they can perform as actuator or sensor. The present work deals empirical studies on the deposition of the shape memory alloy NiTi on carbon fibers using DC magnetron sputtering. The influences of the stoichiometric composition of the layer and the necessary thermal treatment for the formation of the crystalline NiTi phase are investigated by systematic experiments on graphite samples. The thermal treatment of the fibres during and after the coating process is carried out using the concept of Joule heating of carbon fibre bundles and single fibres. The fibres are investigated with regard to their electrical and mechanical properties in different states and characterized by scanning electron microscopy. The results have shown that a uniform layer can be produced on the single fibre by rotation. The temperature on the fiber can be specifically adjusted via the power supply. The thermal treatment at 500 °C results in a diffusion-induced connection of layer and fiber. This results in the formation of phases which lead to a reduction in the mechanical properties in the tensile test.
| Universität: | Technische Universität Chemnitz | |
| Institut: | Professur Verbundwerkstoffe und Werkstoffverbunde | |
| Fakultät: | Fakultät für Maschinenbau | |
| Dokumentart: | Dissertation | |
| Betreuer: | Wagner, Guntram (Univ.-Prof. Dr.-Ing.) | |
| ISBN/ISSN: | 1439-1597 | |
| Quelle: | 2020. - 128 S. - Schriftenreihe Werkstoffe und werkstofftechnische Anwendungen ; Band 85 | |
| Freie Schlagwörter (Deutsch): | Kohlenstofffasern , HTA40 , Formgedächtnislegierung , NiTi , DC-Magnetronsputtern , Gas-phasenabscheidung | |
| Freie Schlagwörter (Englisch): | Carbon fibres , HTA40 , Shape memory alloy , NiTi , DC-Magnetron sputtering , physical vapour deposition | |
| Sprache: | deutsch | |
| Tag der mündlichen Prüfung | 18.12.2019 |
