Zerstörungsfreie Werkstoffprüfung

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1 Zerstörungsfreie Werkstoffprüfung Bei der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung werden Werkstücke und Rohlinge auf Qualität geprüft, ohne das Material zu beschädigen. Es gibt Prüfverfahren mit denen man nur die Oberfläche eines Werkstückes untersuchen kann, aber auch Verfahren mit denen man das innere Gefüge untersucht. Zu den Oberflächenprüfenden Verfahren gehören z.b. die Eindringprüfung, die Magnetpulverprüfung oder die Wirbelstromprüfung. Durchstrahlungsprüfung und Ultraschallprüfung zählen zu den Innerprüfenden Verfahren. Oberflächenprüfenden Verfahren: Eindringprüfung: 1. Werkstückoberfläche reinigen 2. Farbeindringmittel auftragen 3. Nach 10 Minuten mit Wasser abspülen 4. Entwickler (Gemisch aus Kreidestaub und Wasser) auftragen trocknen lassen Jetzt kann man die Schäden an der Oberfläche gut erkennen. Magnetpulverprüfung: Das Werkstück wird zwischen zwei Elektromagneten magnetisiert. Anschließend wir die Magnetpulveraufschlämmung aufgetragen. Die Risse verursachen Störungen der Feldlinien und die magnetische Flüssigkeit sammelt sich dort. So sind Schäden an der Oberfläche, besonders unter UV-Licht gut erkennbar. Wirbelstromprüfung: Eine Spule wird mit Wechselstrom betrieben (hohe Frequenz) und erzeugt ein Magnetfeld. Das Werkstück wird durch die Spule geschoben und erzeugt ein eigenes Magnetfeld, ein Wirbelstrom entsteht, welcher den Stromfluss durch die Spule erleichtert. Bei einem Riss auf der Oberfläche des Werkstückes wird der Wirbelstrom ineffizienter, wodurch weniger Strom geleitet wird. Ein solcher Zusammenbruch wird dann visualisiert um den Schaden zu erkennen. Spindler, Strobl, Vogl 2CM

2 Innerprüfende Verfahren: Ultraschallprüfung: Ultrafrequente Schallwellen (0,02-50 MHz) werden durch das Werkstück gesendet. Risse oder Hohlräume im Werkstück reflektieren das Echo früher und es kommt schneller zum Sender zurück. Damit kann die genaue Lage und Größe des Schadens analysiert werden. Durchstrahlungsprüfung (Röntgten, Computertomografie): Das zu prüfende Werkstück wir schichtweise und aus verschiedenen Winkeln geröntgt. Aus den verschiedenen Bildern wird nun ein 3D-Model erstellt bei dem auch das Innere sichtbar gemacht werden kann. Die Schäden, wie Luftlöcher, Risse, Poren, etc. sind auf der 3D-Grafik deutlich erkennbar. Quellen: Wikipedia BS-Wiki.de YouTube Spindler, Strobl, Vogl 2CM

3 FTBT Huremovic, Miklusicak, Nasr 2CM Form- und kraftschlüssige Verbindungen (lösbar + nicht lösbar) Formschlüssige Verbindungen: Entstehen durch das Ineinandergreifen von mindestens zwei Verbindungspartnern. Diese können sich auch ohne oder bei Unterbrechung der Kraftübertragung nicht lösen. z.b.: Stifte, Nieten, Schrauben (kraft- und formschlüssig) Vorteile: Verbindung ist lösbar Keine Vor- oder Einspannung nötig Freiheitsgrad liegt vor, meistens eine axiale Verschieblichkeit Verbindungselemente lassen sich fixieren Nachteile: Verbindungsart baut größer Aufwendige Fertigung (finanziell) Das vorliegende Spiel kann bei dynamischer Last zu Verschleiß führen Beispiele formschlüssiger Verbindungen: lösbar: Nut-Feder-Verbindung, Passfeder, Zahnkupplung, ineinandergreifende Zahnräder nicht lösbar: Heißverstemmen, Durchsetzfügen Funktionskriterien: Herstellungskosten? Montierbarkeit? Lassen sich die Teile zentrieren? Tritt eventuell eine Kerbwirkung auf?

4 FTBT Huremovic, Miklusicak, Nasr 2CM Kraftschlüssige Verbindungen: Entstehen durch die Anwendung von Kraft. (zb. Druck- oder Reibungskräfte) Der Zusammenhalt wird durch die wirkende Kraft gewährleistet. z.b.: Nagel, Schrauben Vorteile: In der Regel lösbar Einstellbar durch Variation der Vorspannung Dynamisch belastbar (kein Spiel in der Verbindung) Nachteile: Übertragung durch Reibfaktor begrenzt Hohe Vor- und Eigenspannung Nicht lösbare Verbindungen: Nicht lösbare Verbindungen werden meist dann eingesetzt, wenn Bauteile nicht vordergründig zerlegbar sein müssen und durch die Fertigung durch Roboter oder die automatische Montage Kosten gespart werden sollen. Lösbare Verbindungen: Lösbare Verbindungen werden hauptsächlich dort eingesetzt, wo Bauteile austauschbar sein sollen und wo der Zugriff zu dem Bauteil gewährleistet sein soll

5 Fertigungsverfahren in der Werkstätte Stella, Wagnes und Zhang Fertigungsverfahren in der Werkstätte Technischer, handwerklicher Prozess Kundenindividuelle Produktion, d.h. man kann auf Kundenwünsche eingehen Meistens arbeitet ein Handwerker an einem Werkstück vom Anfang bis zum Ende 6 Hauptgruppen: Urformen Umformen Trennen Fügen Beschichten Stoffeigenschaften ändern -> Gießen -> Biegen -> Schneiden -> Schweißen -> Pulverbeschichten -> Härten 1. Trennen Veränderung des Werkstückes, durch Sägen, Feilen, Schneiden und andere Verfahren, bei denen Material entfernt wird. Fräsen: Spanendes Verfahren, bei der das Werkzeug rotiert und das Werkstück fest eingespannt ist. Das Werkzeug ist durch einen Morsekegel fest mit der Maschine verbunden und dank einer Nut verdrehsicher. Man kann Teile wie Zahnräder oder einen Motorblock damit herstellen. Drehen: Spanendes Verfahren, bei der das Werkstück rotiert und das Werkzeug bewegt sich auf dieses zubewegt. Werkzeug fest im Drehstahlhalter eingespannt und Teile wie Wellen oder andere Drehteile sind herstellbar. 1

6 Fertigungsverfahren in der Werkstätte Stella, Wagnes und Zhang Standbohrmaschine: Der Bohrer (Werkzeug) ist fest im Backenfutter eingespannt nimmt durch Rotation Material weg (spanende Bearbeitung). Werkstück wird in den Schraubstock eingespannt um ungewolltes Verdrehen zu verhindern. Materialien wie Holz, Kunststoff und Metall bearbeitbar. Motortafelschere: Motorisch betriebene Maschine um Blech oder Kunststoffplatten zu Durchtrennen. Sie ist eine Ausnahme, da beim Schneiden keine Späne anfallen. Eine Tafelschere hat eine Schnittlänge von 2-15 m und schneidbar sind Materialien von wenigen Millimetern bis hin zu 200mm. 2. Umformen Umformen ist die Veränderung der Form eines Werkstückes durch Schmieden, Walzen, Biegen etc. Biegen: Das Biegen erfolgt über ein in die Maschine leicht einsteckbares Werkzeug. Es gibt verschiedene Biegungsarten wie die Standartbiegung, die U-Biegung, die Etagenbiegung, die Hochkantbiegung und die Torsionsbiegung. Diese Maschine wird hauptsächlich zum Biegen von Blechen verwendet, aber auch Holz ist damit biegbar, allerdings unter anderen Voraussetzungen. 3. Kosten der Maschinen Maschine Preis Fräsmaschine Drehmaschine Standbohrmaschine Motortafelschere Universalbiegemaschine

7 Fertigungsverfahren in der Werkstätte Stella, Wagnes und Zhang Quellen: Werkstätten-Mappe

8 Massenproduktion.docx Nekam, Oberhuber, Schubert Massenproduktion In der Massenproduktion werden in kurzer Zeit sehr hohe Stückzahlen eines Produktes produziert. Dies geschieht meistens in Fertigungsstraßen. 1 Prinzipien der Massenproduktion Arbeitsteilung -> Effizienz & Produktivität Austauschbarkeit -> Schnelle Reparaturen Niedrige Kosten -> Mensch gegen Maschine Strikte Planung -> Effiziente Organisation 2 Maschinen & Fertigung 2.1 Schweißroboter Wird Großteils in der Autoindustrie verwendet; Ca Schweißpunkte pro Auto 2.2 Lackierroboter Hat einen speziellen Aufsatz der einen konstanten Sprühnebel erzeugt; Oft wird die Karosserie statisch geladen damit der Lack besser hält, dadurch können hauchdünne Lackschichten aufgetragen werden. 2.3 Blasformmaschine Kann Kunststoffflaschen (Shampoo) etc. herstellen; erhitzt Kunststoff und drückt diesen durch eine Düse mit Dorn (Aufsatz) so entsteht ein Schlauch und später eine Flasche; durch Änderungen des Dorns können verschiedene Wandstärken produziert werden. 2.4 Pressenstraßen Drücken Bleche in eine Form -> so entstehen in der Automobilindustrie die Karosserie und Verkleidung; so groß wie Kreuzfahrtschiffe 2.5 CNC-Fräse Schweißroboter Mit automatischem Werkzeugwechsel (30+plätziges Werkzeugmagazin); Arbeitet mit einer maximalen Drehzahl von U/min und einer Genauigkeit von ±0,005mm; Der maximale Vorschub liegt bei 10m/min 17. März CM Seite 1 von 2

9 Massenproduktion.docx Nekam, Oberhuber, Schubert 3 Kosten & Rentabilität Das folgende Diagramm zeigt anhand des Durchschnittskaufpreises eines Neuwagens wie der Preis zustande kommt. Der Listenpreis beträgt (Brutto). Materialkosten 23% Personalkosten 5% 9% 44% Forschung & Entwicklung Werbung 3% 6% 10% Verwaltungs- & Vertriebskosten Gewinn: 1238 Andere Man sieht, dass der Gewinn sehr gering ist (nur 1238 ), somit ist Massenproduktion nur dann sinnvoll, wenn man genug Produkte verkaufen kann. 3.1 Maschinenpreise Schweißroboter -> Lackierroboter -> (gebraucht) CNC-Universalfräsmaschine -> Fertigungsstraße -> variiert je nach Größe o Bei etwa Produkten pro Jahr etwa Mio. pro Jahr Quellen: Wikipedia, VW, Kuka, YouTube 17. März CM Seite 2 von 2

10 HTL Rennweg Fertigungstechnik, zweiter Jahrgang Professor: DI Wolfgang Juen Referenten: Marco Di Benedetto, Benedikt Halwidl, Michael Spitzbart Aluminium 1.) Allgemeines Aluminium ist ein Silber-glänzendes Leichtmetall. Es ist das dritthäufigste Element und das häufigste Metall. Das einzige wirtschaftlich nutzbare Erz ist Bauxit. 2.) Vorkommen und Herstellung Die Länder mit den größten Bauxit-Abbaugebieten sind: Australien, Brasilien, China, Guinea, Indien, Jamaika. Zur Herstellung wird das Bayer-Verfahren angewendet: Als erstes wird Lehm und Erde aus dem Bauxit mithilfe von Wasser ausgeschwemmt. Danach wird das Erz fein gemahlen und zu einer Raffinerie transportiert, wo Natronlauge hinzugefügt wird. Das im Bauxit enthaltene Aluminiumoxid löst sich in der Lauge und es entsteht Natriumaluminat. Eisenoxid und andere Stoffe sind nicht löslich und werden abfiltriert. Dann wird das reine Natriumaluminat zu Aluminiumoxid oxidiert, welches ein weißes Pulver ist. Nur ca. 50% des Bauxits sind nutzbar, der Rest bleibt als hochgiftiger Rotschlamm über. Mithilfe eines Elektrolyse-Verfahrens wird die Verbindung von Aluminium und Sauerstoff getrennt und übrig bleibt das fertige Metall. Bei diesem Vorgang sind enorme Mengen Strom notwendig. Um Aluminium herzustellen, ist zehnmal so viel Energie notwendig als bei der Herstellung von Stahl. 3.) mechanische Eigenschaften Aluminium hat weiche und zähe Materialeigenschaften. Die Streckgrenze R e liegt bei N/mm² und die Zugfestigkeit R m bei N/mm². Das Elastizitätsmodul ist im Vergleich zu Stahl viel höher und beträgt 7*10 5 N/mm². Der Schmelzpunkt beträgt 660,4 C und die Dichte liegt bei etwa 2,7 kg/dm³. Die Wärmeleitfähigkeit ist ebenfalls sehr hoch und variiert von 15 bis 58 W/(m*K). 4.) Fertigungsverfahren Zu den Fertigungsverfahren von Aluminium zählt Gießen, Umformende Verfahren, spanende Verfahren sowie Schweißen und Löten 5.) chemische Eigenschaften Es handelt sich um ein Metall, dessen Aggregatszustand bei Raumtemperatur fest ist. Sobald die Oberfläche mit Sauerstoff in Berührung bildet sich eine Oxidschicht mit einer Dicke von etwa 0,05 µm. Diese schützt das Material vor Korrosion und es bildet sich eine silbergraue Oberfläche.

11 6.) Vor- und Nachteile Die größten Vorteile werden durch die geringe Dichte, der vielseitigen Bearbeitbarkeit der Schlagunempfindlichkeit und durch den Selbstschutz durch die Oxidschicht dargestellt. Weitere Vorteile sind die Korrosionsbeständigkeit, die hervorragende Recyclingfähigkeit oder die Temperaturunempfindlichkeit. Ein großer Nachteil wird jedoch durch den extrem hohem Energieaufwand bei der Herstellung dargestellt. 7.) Verwendung Aluminium findet bei Verpackungen, bei der Gebäudetechnik, in der Elektroindustrie sowie in der Transportindustrie Verwendung. Es wird in der Transportindustrie hauptsächlich für Autos und Flugzeuge verwendet, da durch Aluminium sehr viel Gewicht eingespart werden kann. 8.) Kosten Der Preis von Aluminium liegt momentan bei 1313,89 EUR pro Tonne. Durch den hohen Stromverbrauch bei der Produktion sind auch hier die Kosten sehr hoch. 9.) Interessante Fakten 1kg Aluminium reicht für 900 Getränkekartons Auf dem Mond gibt es sehr viel Aluminium Jede Minute werden Dosen recycelt Quellen vom_bauxit_zum_aluminium_anders_ochel_.pdf

12 2CM Referat FTBT Cikan, Neubauer, Pejcl Kunststoff Eine Welt ohne Kunststoff ist heutzutage gar nicht mehr vorstellbar. Sie bestehen aus Ketten, sehr großer Moleküle und werden aufgrund ihrer physikalischen Eigenschaften in 3 Gruppen unterteilt. Duroplaste Duroplaste auch Duromere genannt sind Kunststoffe die dauerhaft hart (duro) sind. Um die Kunststoffmoleküle zu verbinden werden Katalysatoren oder hohe Temperaturen verwendet. Duroplaste sind sehr spröde und daher anfällig gegen Schläge und Stöße. Im generellen kann man Duroplaste in 5 Untergruppen unterteilen: Aminoplaste, Epoxidharz, Kunstharz, Phenolharze und Polyester. Aminoplaste wurden früher für Stecker und Steckdosen verwendet, sind jedoch heute nicht mehr so oft in Verwendung. Epoxidharz wird für Leiterplatten und elektronische Bauteile verwendet und ist daher sehr gefragt. Kunstharz wurde in der Vergangenheit größtenteils für Knöpfe verarbeitet, wird heutzutage aber von anderen Materialen abgelöst. Phenolharze werden als Harzformteile für Gehäuseteile wärmebeanspruchter Elektroteile, Billard- und Bowlingkugeln, sowie in reiner Form als Klebstoffe, Lacken und Schaumstoffe verwendet. Polyester ist einer der am weitest verbreiteten Kunststoffe der Welt. Hergestellt wird er in der Kleidungsindustrie als Faserwerkstoff. Thermoplaste Thermoplaste haben je nach Temperatur verschiedene Eigenschaften, welche in der Herstellung und im Recycling eine wichtige Rolle spielen. Fest Vor dem Erwärmen und nach dem Abkühlen sind Thermoplaste fest. Viele Thermoplaste sind auch im festen Zustand flexibel und manche können auch im festen Zustand bearbeitet und in der Form verändert werden. Thermoelastisch In dem Bereich wo ein Thermoplast thermoelastisch wird, kann es in seiner Form verändert werden, behält aber seine Ursprungsform bei und kann in diese zurückgebracht werden.

13 2CM Referat FTBT Cikan, Neubauer, Pejcl Thermoplastisch Das Material wird weich und ist nicht mehr formstabil, kann also evtl. nicht in seine Ursprungsform zurückgebracht werden. Flüssig Wenn der Bereich der Thermoplastizität überschritten ist, wird das Material flüssig. Bei weiterer Erhitzung verflüchtigt sich das Material und zersetzt sich in seine Grundbestandteile. Elastomere Elastomere sind wegen ihre Elastizität und Dehnbarkeit sehr beliebt. Ihr Einsatzbereich erstreckt sich von Gummiringen bis zu verschiedenen Dichtungen. Bei verschiedenen Temperaturen verändern sich die Eigenschaften. Hartelastischer Zustand Bei Temperaturen unter dem sogenannten Glaspunkt (befindet sich unter der Raumtemperatur) sind Elastomere hart und steif. Thermoelastischer Zustand Über dem Glaspunkt ändert sich die Struktur und Eigenschaften von Elastomeren und sie werden dehnbar und gummiartig. Diese Form wird am meisten mit einen Elastomere in Verbindung gebracht. Thermische Zersetzung Bei zu hoher Temperatur zersetzen sich Elastomere. Herstellung Es gibt grundsätzlich drei Formen der Herstellung für Kunststoffe: Spritzguss, Extrusion und Blasformen. Spitzguss Hierbei wird unter hohem Druck der verflüssigte Kunststoff in eine Form gepresst, danach kühlt die Form aus und man kann das fertige Werkstück entnehmen. Sie ist sehr weit verbreitet, aber man muss für jedes neue Werkstück eine neue Form aus Stahl oder anderen Werkstoffen gegossen werden. Extrusion Bei der Extrusion können auch zähflüssige Materialien erzeugt werden. Unter hohem Druck wird die Maße durch eine Düse oder ähnliches gepresst. Dies ergibt dann die Form des Werkstücks. Es werden hauptsächlich Rohre und ähnliches mit diese Verfahren erzeugt.

14 2CM Referat FTBT Cikan, Neubauer, Pejcl Blasformen Blasformen kann nur für Flaschen oder andere Gefäße benutzt werden. Das Verfahren benötigt eine Lanze und einen Schlauch für den Kunststoff. Rund um die Lanze herum wird der Vorformling in die Form gepresst. Danach wird durch die Lanze Sauerstoff in den Kunststoffschlauch gedrückt, der Kunststoff wird nun an die Wand gedrückt und formt sich nach dieser. Man lässt es abkühlen und entnimmt die fertige Flasche. Umwelt Der Großteil der Kunststoffe ist aus Erdöl gemacht und ist nicht Biologisch abbaubar was bedeutet, dass sie mehrere Jahrhunderte zum Zerfallen benötigen. Zum Sparen der Umweltressourcen werden die gebrauchten Kunststoffe recycelt. So gibt es zum Beispiel werkstoffliches Recycling bei dem die Kunststoffabfälle zunächst zu Granulat zerkleinert, danach eingeschmolzen und zu neuen Formen verarbeitet werden. Dieses Verfahren findet bei Flaschenkästen, Kunststoff-Flaschen wie bei PET-Flaschen und Folien statt. Nachteil: Ein Gemisch aus vielen kleinteiligen Abfällen lässt sich nur noch schwer verarbeiten. Bei der thermischen Verwertung werden die Kunststoffabfälle unter Nutzung der dabei entstehenden Wärmeenergie verbrannt. Diese Verwertung ist kostengünstig, es können aber giftige Produkte entstehen, so dass eine Abgasreinigungsanlage notwendig ist. Es gibt auch sogenannte Bio-Kunststoffe welche auf Basis von nachwachsenden Rohstoffen erzeugt werden deshalb sind diese Art von Kunststoff Biologisch abbaubar. Strukturformel von PET (Polyethylenterephthalat) Strukturformel von PVC (Polyvinylchlorid) Quellen: Wikipedia Aurora Kunststoffe GmbH Plasticker.de Plastic-planet.at seilnacht.com Maschinenbau-wissen.de

15 Glas Was ist Glas überhaupt? Jeder von uns kennt diesen Werkstoff. Er ist überall in unserem Leben zu finden, nur wie beschreibt man diesen, für uns als Techniker richtig? Glas ist ein amorphes Schmelzprodukt. Das heißt, dass dieser Stoff zuerst heiß und flüssig war (=> schmelzen). Glas erstarrt, wenn die Umgebungstemperatur zu niedrig wird und kristallisiert nicht. Deswegen ist es amorph. Amorph beschreibt nichts anderes, als die Struktur des Glases. In diesem Fall sind die Atome im Glas komplett durcheinander geraten, so als hätte man gerade ein Memory auf dem Tisch verteilt. Die Atome stehen nur in einer sogenannten Nahordnung zueinander wie es auch beim Wasser der Fall ist. Das ist auch der Grund warum Glas auch als unterkühlte Flüssigkeit bezeichnet wird. Herstellung: (Von alltäglichem Flachglas) Ein Gemenge aus Quarzsand, Soda, Pottasche, Calciumkarbonat, Magnesiumkarbonat und Feldspat wird miteinader eingeschmolzen. Wobei Quarzsand den größten und Pottasche den kleinsten Anteil in diesem Gemenge ausmacht. Das Einschmelzen geschieht in der sogenannten Rauschmelze. In dem Fertigungsverfahren wird diese Schmelze geläutert. Durch hineinblasen von großen Gasblasen werden die kleinen Luftblasen, die sich noch in dem flüssigen Glas befinden, an die Oberfläche transportiert. Somit werden diese Produktionsfehler vermieden. Diese Schmelze müsste nun nur mehr abkühlen und fertig wäre das Glas ABER die Industrie hat einen Prozess entwickelt, der das Glas um einiges glatter macht. Der Floatprozess: In diesem Verfahren wird das flüssige und heiße Glas auf ein Zinnbad befördert. Da die Schmelze leichter ist als das Zinn, schwimmt diese auf dem Zinn auf und vermischt sich nicht. So ähnlich wie Öl auf dem Wasser. Wenn das Glas nun aus der Fabrik kommt ist es einwandfrei glatt. Eigenschaften: Das E-Modul beträgt N/mm² und die Zugfestigkeit 30 N/mm². Diese Werte sagen eigentlich schon alles über die Eigenschaften von Glas, aber ein paar sind trotzdem nicht zu vernachlässigen. Glas lässt sich schon bei 1000 C verformen (gilt natürlich nicht für feuerfestes Glas). Der Schmelzpunkt liegt bei 1400 C und gegenüber anderen Materialien ist die Produktion von Glas sehr umweltfreundlich Diduszko, Gieger, Zarei Glas & Keramik

16 Eine der bekanntesten Eigenschaften von Glas ist, dass es sehr spröde ist. Punktuelle Belastungen hält Glas nicht aus. Es ist geschmacksneutral und säurebeständig (ausg. Flusssäure). Schlussendlich ist es noch gasdicht. Einsatzbereiche: Glas gibt es überall, deswegen nehme ich mir ein paar Einsatzbereiche heraus. Natron-Kalk Glas: Wird als Lebensmittelglas (z.b. Trinkglas) verwendet und auch als Flachglas für Fensterscheiben. Borosilikatglas: Messkolben, Messzylinder und Reagenzgläser sind die Anwendungen für diese Glasart. Sicherheitsglas: ESG: Einscheibensicherheitsglas (z.b. für Schiebetüren und Tischplatten) VSG: Verbundsicherheitsglas (z.b. für Überkopfverglasungen und Böden) Schlussendlich würde es dann noch das TVG (Teilvorgespannte Glas) geben, welches als Bestandteil von VSG dient (Doppelscheiben). Kosten: Fensterglas: ab 35 / m² Industrieglas (Pullauge für Dampfleitungen): Diese Preise variieren sehr stark nach Herstellung und Anwendungsbereich beziehungsweise je nach Firma. Sicherheitsglas: ab 52 / m² Quellen: Diduszko, Gieger, Zarei Glas & Keramik

17 Keramik Was ist Keramik? Als Keramik bezeichnet man eine Mischung aus anorganischen, nicht metallischen Rohstoffen. Diese Materialien werden nach einer Rezeptur vermischt und nach Zugabe von Wasser in Form gebracht und getrocknet. Herstellung (technische Keramik): Als erstes werden alle Materialien zusammen vermischt und gemahlen. Danach kommt beim so genannten schlämmen Wasser dazu und wird anschließend gefiltert und getrocknet. Diese Vorgehensweise wiederholt man so oft wie nötig mit dem so genannten Filterkuchen. Das Ziel ist eine möglichst homogene Masse, die entweder gelagert, oder sofort weiterverarbeitet wird. Wird der Weg der Weiterverarbeitung gewählt, so wird die Grünling genannte Masse mit verschiedenen spanenden Bearbeitungsformen bearbeitet und anschließlich gesintert. Anschließend werden die Teile je nach Wunsch feinst bearbeitet. Eigenschaften und Einsatzgebiete: Keramik hat eine niedrige Dichte und eine große Härte, weswegen sie in der Raumfahrt benutzt wird. Neben dessen ist sie sehr verschleißfest und formstabil. Aus diesem Grund wird der Werkstoff auch oft in Kugellagern Verwendet. Ein weiterer beliebter Einsatzzweck sind Öfen, da Keramik sehr hitzebeständig ist. Neben diesen Eigenschaften ist sie auch Korrosionsbeständig und Wetterfest. Außerdem wird das Material auch in der Elektrik als Isolator benutzt. Kosten: Die Kosten für Keramik variieren sehr stark je nach Anwendungszweck. Eine ganz normale Keramikplatte gibt es ab 90 /m², ein einfaches Keramikmesser schon ab 10 und einen Waschtisch oder eine Toilettenschüssel befinden sich im Bereich von ca.150 Quellen: Diduszko, Gieger, Zarei Glas & Keramik

18 Diduszko, Gieger, Zarei Glas & Keramik

19 Halbleiter und Sinterwerkstoffe Halbleiterwerkstoffe Halbleiter sind Festkörper, die man nicht eindeutig als elektrisch leitend oder nicht leidend bezeichnen kann, da die Leitfähigkeit von vielen Faktoren abhängt und stark variiert. Elektrische Ladungsträger sind nämlich normalerweise keine vorhanden, sondern entstehen je nach Element oder Verbindung erst durch Belichtung, Temperaturerhöhung, o.ä. Alle Halbleiterelemente: Antimon Arsen Bor Germanium Selen Silizium Tellur Silizium Silizium ist wegen seiner hohen Anwendungsreichweite und vor allem durch dem Einsatz in Prozessoren zu einem der wichtigsten Rohstoffe überhaupt geworden. Ein Leben ohne Computer mit Siliziumchips ist heute gar nicht mehr vorstellbar. Ursprünglich wollte man Schaltkreise aus Germanium herstellen, bewies sich jedoch in der Massenfertigung als zu teuer. Darum wechselte man in den 70er Jahren auf Silizium wechselte. Das Material muss zur Chipherstellung hoch rein und monokristallin (=sehr gleichmäßiges Atomgitter) sein. Silizium wird aus Silizium Dioxid haltigen Quarzkies gewonnen. Im ersten Herstellungsschritt wird der Quarzkies mit Kohlenstoff bei 2000 C in einen Lichtbogenofen geschmolzen. Dabei setzt sich das reine Silizium am Boden des Ofens ab und wird abgestochen. Das 98-99% reine Rohsilizium wird im Siemens- Verfahren zu Polysilizium weiterverarbeitet. Das Rohsilizium wird mit Chlorwasserstoff zu Trichlorsilan. In einen Siemensreaktor wird mit Wasserstoff diese Verbindung wieder aufgebrochen, und das 99,99% reine Polysilizium wächst an Siliziumstäben heran. Durch die Verwendung in Solarzellen nennt man den Werkstoff in diesem Reinheitsgrad auch Solarsilizium. Um die Reinheit von 1:100*10 6 und den monokristallinen Zustand zu erreichen, wird das Czochralski- Verfahren oder Tiegelziehen angewendet. In eine Schmelze aus Solarsilizium und Dotierelementen (ändern die Leiteigenschaften des Siliziums) wird ein sog. Impfkristall eingetaucht, worauf das Silizium sofort darauf kristallisiert. Unter ständigem drehen wird der Impfkristall langsam herausgezogen. Dadurch entsteht ein Silizium Einkristall von maximal 2m Länge mit dem vorher genannten Eigenschaften. Der Silizium Einkristall wird danach zu Wafern weiterverarbeitet, aus den die Chiphersteller nach vielmaligen Beschichtungs-, Belichtungs-, und Ätzfertigungschritten hunderte Dies (pure Chips) herausschneiden. Silizium wird auch als Legierungselement verwendet, um die Korrosionsbeständigkeit von Stahl und die Gießbarkeit von Aluminium und Eisen zu erhöhen. Weiters kann man mit Siliziumverbindungen verschiedenste Silikone herstellen.

20 Allgemeines Sinterwerkstoffe sind Feststoffe die durch den Prozess des Sinterns hergestellt werden. Diese müssen keineswegs nur Metalle sein sondern können auch Nichtmetalle sein. Sintern fällt unter den Bereich des Urformens. Gebräuchliche Sinterwerkstoffe Hartmetalle Sinterstähle Keramiken Das Sintern Das Sintern besteht aus 3 Schritte. 1.Formgebung Hier wird das Werkstück in die Form die es einmal haben soll gebracht, dies kann durch Pressen, Gießen oder mechanischer Formgebung. Beim Pressen wird ein oder mehere pulverförmige Metalle zuerst mit einem Gleitmittel vermengt, dies passiert damit sich der Druck besser verteilt. Anschließend wird das Pulver in seine bestimmte Form gepresst. Die Form des so entstandenen Grünlings hängt von der Form des oberen und unteren Pressstempel, sowie von der Matrize ab. Beim Gießen wird eine Schlacke mit mindestens 30% Wasser- /Verdünnungsmittelanteil Hohlgegossen. Dies wird meistens bei Keramiken verwendet. Am seltensten wird die mechanische Formgebung verwendet, darunter fällt das Extrudieren. 2.Verdichten (Sintern) Als zweites werden die trockenen Materialien zusammen gebacken, das geschieht bei einer Temperatur von 800 C 1500 C (bei Keramiken 2500 C). Hier unterscheidet man zwischen dem Sintern, bei dem das Material fest bleibt (Festphasensintern) und wenn das Material zu einem großen Teil flüssig ist (Flüssigphasensintern). Beim Festphasensintern orientiert sich die Temperatur am Werkstoff mit der niedrigsten Schmelztemperatur, beim Flüssigphasensintern an der höchsten. 3.Nachbearbeitung Am Schluss ist es möglich die Werkstoffe noch nachzubehandeln, wie zum Beispiel durch Tränken in Schmiermittel. Eigenschaften Die gewonnenen Stoffe sind sehr hart und Widerstandsfähig gegen Druck. Außerdem sind sie Verschleißfest. Dadurch das sie so hart sind, sind sie jedoch spröde. Verwendung Hartmetallwendeschneidplatten, Zahnräder, Schneidkeramik, Elektroporzelan, metallische Form- und Fertigteile in großer Stückzahl.

21 Verbundwerkstoffe Leszczyk Parzer - Potocnik Verbundwerkstoffe Definition: Ein Verbundwerkstoff ist ein Stoff, der aus zwei oder mehr miteinander verbundenen Materialien besteht. Er besitzt veränderte Eigenschaften gegenüber seinen einzelnen Bestandteilen. Ziel ist es einen Werkstoff zu erhalten, der besonders günstige Eigenschaften der Bestandteile kombiniert. Als Herausforderung gilt eine feste Verbindung der Materialien langfristig und auch unter hoher Belastung zu gewährleisten. Wichtigste Ziele: Änderung der mechanischen Eigenschaften (Zugfestigkeit, Bruchdehnung, Schlagzähigkeit) Farbänderung durch Zugabe von Pigmenten, kann mechanische Eigenschaften verschlechtern Zugabe von Verarbeitungshilfsstoffen (erleichtert z.b. die Entformung im Spritzgießprozess) Geometrische Unterteilung: Hierbei wird nach der Geometrie des Verbundes unterschieden. Teilchenverbundwerkstoff Schichtverbundwerkstoffe, Laminate Faserverbundwerkstoffe Durchdringungsverbundwerkstoffe Hier wird ein offenporiger, metallischer oder keramischer Grundwerkstoff mit einem Metall getränkt, welches die Poren füllt, und anschließend gesintert. Die Komponenten eines Verbundwerkstoffs können selbst wieder Verbundwerkstoffe sein. Definition: Faserverbundwerkstoffe Ein Faserverbundwerkstoff ist ein Mischwerkstoff der im Allgemeinen aus zwei Hauptkomponenten besteht. Diese sind eine bettende Matrix sowie die verstärkenden Fasern. Verwendungsgründe: Hohe Festigkeit, Steifigkeit (E-modul), trotzdem sehr leicht, geringe Wärmeausdehnung, Korrosionsbeständigkeit, gute Formbarkeit Aufbau: FVW bestehen aus einer Matrix (z.b. Polyesterharz, Epoxidharz, Thermoplast) und Verstärkungsfasern (z.b. Glasfaser (GFK), Kohlenstoffaser (CFK), Aramidfasern(SFK)). Die Fasern werden in der Matrix in die gewünschte Form eingebettet

22 Verbundwerkstoffe Leszczyk Parzer - Potocnik Beispiele: GFK Glasfaserverstärkter Kunststoff: - kostengünstig - Korrosionsbeständig - hohe Bruchdehnung - guter Isolator Anwendung: Fahrzeugbau Rohre Leiterplatten Behälter CFK Karbonfaserverstärkter Kunststoff: - sehr leicht - hohe Zugfestigkeit - hohe Steifigkeit - teuer Herstellung: Anwendung: Fahrzeugbau Luft- und Raumfahrt Teilchenverbundwerkstoffe Prinzip: Einlagerung von Elementen Um mehrere Materialien zu vermischen, macht man aus beiden Pulver. Die beiden Pulver werden dann im gewünschten Verhältnis vermischt und gesintert oder gepresst. Eigenschaften: Durch die Mischung mehrerer Materialien können deren Eigenschaften, selbst wenn diese sonst nur sehr schwer zu vereinbaren sind, ebenfalls vermischt werden. Eine typische Eigenschaft von Teilchenverbundwerkstoffen ist eine hohe Wärmefestigkeit durch Einlagerung eines Werkstoffes mit hohem Schmelzpunkt. Anwendungen + Beispiele: In der Technik werden Teilchenverbundwerkstoffe dank der vielfältigen Eigenschaften in sehr vielen Bereichen eingesetzt wie z.b. für Hochspannungskathoden oder Teile von Raketen. Bimetalle: Schichtverbundwerkstoffe Prinzip: Zwei unterschiedliche Metalle verlängern sich bei Erwärmung unterschiedlich viel. Dies führt dazu, dass bei Verbindung der Enden beider Metallstreifen bei höheren Temperaturen Verbiegungen des Bimetalls auftreten. Genau diese Verformung macht man sich bewusst zu Nutze wie z.b. bei Zeigerthermometern Sandwichplatten: Ein typischer moderner Schichtverbundstoff sind sogenannte Sandwichplatten, hier im speziellen Honeycomb panels. Im Kern bestehen sie aus einer Wabenkonstruktion und an den Außenseiten sind zwei gleichartige Platten

23 Verbundwerkstoffe Leszczyk Parzer - Potocnik Quellen:

24 Von Raphael Gruber, Divjoit Singht und Lukas Rettich Namensgebung : Handout Seltene Erden Die Bezeichnung Seltene Erden ist missverständlich, denn es gibt sehr große Vorkommen. Die chemische Bezeichnung dieser Elemente ist Seltenerdmetale. Definition & Kategorisierung : Seltene Erden sind die Elemente der dritten Nebengruppe im Periodensystem ausgenommen der Actinoide. Es sind insgesamt 17 Elemente Leichte Seltene Erdelemente Schwere Seltene Erdelemente Scandium Yttrium Lanthan Gadolinium Cer (als erstes endeckt) Terbium Praseodym Dysprosium Neodym Holmium Prometium (radioaktiv) Erbium Samarium Thulium (am seltensten) Europium Ytterbium Lutetium (als letztes entdeckt) Eigenschaften : SE haben eine geringe Leitfähigkeit und eine ziemlich weiche Struktur. Ihre Schmelzpunkte, ihre Dichte und auch das Gewicht nehmen mit der Ordnungszahl zu. Vorkommen : Weltweiter Marktführer in der Gewinnung von SE ist China mit einer Reserve an 55Mio. Tonnen an SE. Im Jahr 2010 hat China die höchste jemals erzielte Menge von Tonnen gefördert. Die USA hingegen hatten denn höchsten Wert im Jahr 1994 mit einer Menge von Tonnen was vergleichsweiße wenig ist. Land Förderung Stand Prozentuelle Reserven in Tonnen 2014 in Tonnen Förderung der Top 6 China % 55Mio USA % 13Mio Indien % 3.1Mio Australien % 3.2Mio Russland % 19Mio Brasilien % 22Mio Übrige Mio Seiten : 1

25 Von Raphael Gruber, Divjoit Singht und Lukas Rettich Gewinnung & Anwendungsgebiete : Die Gewinnung gestaltet sich ziemlich schwierig da man die Metalle erst aus den Erzen extrahieren muss was nur mit einem aufwendigem Verfahren möglich ist. Zuerst wird das Erz in ein Säure oder Laugen Bad geworfen was einen giftigen Schlamm erzeugt welcher seht schädlich für die Umwelt ist. Danach werden die mitgelieferten Salzen durch ein Flüssig Flüssig Extraktion geschieht. Zum Schluss wird das Erdgemisch in seine letzten Bestandteile gespalten durch eine Schmelzflusselektrolyse. Es besteht ein sehr breitgefächertes Anwendungsgebiet für SE Hauptanwendungsgebiete Dauermagnete Beleuchtungsmethoden Laser für Labor und Medizin Atomkraft und Brennstoffzellen Medien und Industrietechnik Verwendete Seltene Erden Elemente Praseodym, Neodym, Samarium, Dysprosium, Terbium Scandium, Yttrium, Promethium, Europium, Terbium Thulium, Dysprosium Scandium, Neodym, Samarium, Holmium, Erbium, Dysprosium, Ytterbium Scandium, Yttrium, Lanthan, Gadolnium, Holmium, Dysprosium Beinnahe Alle Seiten : 2

26 Was ist Recycling? Recycling Recycling ist die Wiederverwertung oder Wiederaufbereitung eines Stoffes. Das Wort Recycling kommt aus dem Griechischen kýklos (Kreis) und dem lateinischem Präfix re- (zurück, wieder). Kunststoff: Werkstoffliche Verwertung: Sortenreine Abfälle werden wieder granuliert und können, dann extrudiert, spritzgegossen etc. werden Sortenunreine Abfälle werden gesiebt, Metallische Teile werden aussortiert und der Kunststoff kann dann wieder in ein neues Produkt verarbeitet werden. Rohstoffliche Verwertung: 4 Verfahren: o Vergasen: Kunststoff wird durch hohe Temperaturen und hohem Druck aufgespaltet. Daraus entsteht dann Kohle, Koks, Erdöl und Erdgas. o Thermische Verwertung: Der Kunststoff wird als Brennmittel für Kraftwerke oder Müllverbrennungsanlagen verwendet. o Cracking: Die Moleküle des Kunststoffes werden verkleinert und daraus entsteht dann Beispielsweise Heizöl. o Hydrierung: Ist dem sehr Cracking ähnlich. Die Kohlenstoffkettenlänge kann verringert werden und so kann aus Kunststoff Benzin werden Eine Präsentation von Sebastian Feest, Simon Gross, Raphael Frizberg

27 Stahl & Aluminium: 5 Schritte zur Wiederverwertung: Glas: o Einkauf: Stahl Art bzw. Legierungen o Eingang: Begutachtung & Sortierung o Aufbereitung: Verschiedene Arten; Schrottpresse, Handsortierung, Magnetsortierung o Wiederverkauf o Schmelzen 3 Schritte zur Wiederverwertung: Elektroschrott: o Trennung von Bunt und Weiß Glas o Sortierung von Fremdstoffen und Zerkleinerung von Glasscherben o Einschmelzen des Glases Wenn es möglich ist werden die Geräte oder einzelnen Komponenten, falls nötig nach einer Reparatur, wieder verwertet. Ist dies jedoch nicht möglich oder sinnvoll wird der Schrott getrennt und dann Maschinell verarbeitet. Raketen: Es gibt ein Konzept, von Wissenschaftlern der Chinesischen Tsinghua Universität für einen Raketenantrieb der wie eine Müllverbrennungsanlage funktioniert. Dieser verwendet den im All fliegenden Weltraumschrott. Radioaktiver Abfall: Radioaktiver Müll kann nicht wirklich wieder verwendet werden. Die USA verwendeten Atom Müll für Munition. Heutzutage wird Atom Müll jedoch nur in Endlager gebracht oder werden so gut es geht wieder Aufbereitet Eine Präsentation von Sebastian Feest, Simon Gross, Raphael Frizberg