Material Engineering Center Saarland Steinbeis Forschungszentrum Prof. Dr. Ing. Frank Mücklich. Forschungs Schwerpunkte

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Ida Brigitte Linden
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1 Material Engineering Center Saarland Steinbeis Forschungszentrum Prof. Dr. Ing. Frank Mücklich Forschungs Schwerpunkte Oberflächen Funktionalisierung durch Mikrostruktur Design Maßgeschneiderte Mikrostrukturen für elektrische Kontakte 3D Analyse von Mikrostrukturen (mikro nano atomar)

2 Analysenmethoden helfen uns nun lückenlos zu verstehen: => Innenleben der Materialien in 3D in allen Skalen => Multiskalen Tomographie + 3D Bildanalyse + 3D Simulation der Eigenschaften atomic nano micro System Å nm µm mm cm m m FIB/SEM Nano Atom Probe tomography X ray CT

3 Nano--Tomographie ermöglicht neue Dimension Leichtbaus Nano Ga Ions 3 0l V6 Diesel 3.0l Di l 3D Reconstruction 3D Reconstruction First Imaging of Si eutectic network Leistung +23 KW (+15 %) in Al matrix Gewicht images kg ((-10%) 10%) Sequence of correlated (distance < feature size) Lasagni, Mücklich Advanced Engineering Materials 2007

4 atomare Tomographie wo ist welches Atom? FIBtarget preparation Time of flight sample detector spectrometer + geometrical magnification by about x High electric field at the nano tip field evaporation ofsingle atoms Tomography with chemical analysis in atomic resolution 4

5 Schädigung Materials durch Elektroerosion -> extreme Temperatur-Schock-Belastung extreme load spark plugs Volt electr. contacts 5 Increasing µm load/volume Silver cathode

6 Nanotomographie Aufklärung lokaler Schädigung durch Elektroerosion Material A (Ag/SnO 2 /WO 3 ) Data: 300 Slices - distance 40 nm sampling 11,7 µm x 10,5 µm x 8,92 µm => volume investigated 1093 µm³ Selzner, Mücklich 2009

7 Elektro erosion Nano Poren und Oxid Re-arrangement im Kratervolumen Reference: Ag-SnO 2 bulk material

8 Wie verändert sich Leitfähigkeit durch Schädigung? - lokale thermisch/elektrisch 3D Simulation und Experiment σ =(24.1±1.4) 1±14) 10 6 S/m λ =174±8 W/mK GEODICT (Fraunhofer ITWM) σ =(46±9) 10 6 S/m λ =310±5 W/mK experimental Ag/SnO 2 - Initial state Ag/SnO 2 - switched σ, 10 6 S/m 56.4± ±1.5 λ, W/mK 370±4 272±9

9 Optimale Strukturen für höchste Performance -> Bioinspirierte Materialkonzepte P. Fratzl et al. E. Arzt et al. W. Nachtigall et al. Biologische is Mikrostrukturen kt sind optimiert durch periodische Musterbildung

10 Größte Vielfalt periodischer Muster durch Laser-Interferenz I ( x) = I c e 0 j iωt intensity line arrays j e ik j x 2 beam j intensity nsit lattices FFT intensity dot arrays Mücklich et al. Intermetallics (2005)

11 Eigenschaftsmuster durch Mikro-Kristallisation in Nano-Beschichtung 3 beams: Dot-Pattern 2 beams: Line-Pattern Pt-layer 300 nm (CVD)

12 Exakte Einstellung Reibungskoeffizienten i Before Sliding After Sliding C. Gachot stw-projektleiter Lasertechnik Projekt VW-Stiftung mit Firma Bosch Inverse Pole Figure Map and IQ Plot

13 Exakte Einstellung Reibungskoeffizienten i Before Sliding After Sliding C. Gachot stw-projektleiter Lasertechnik Projekt VW-Stiftung mit Firma Bosch Inverse Pole Figure Map and IQ Plot

14 Erhöhung Verschleißbeständigkeit

15 Erhöhung Verschleißbeständigkeit Lebensdauer erhöht auf das 15-fache durch Mikro/Nano Schmiertaschen=> Muster: FLAT LL HL LP HP LX HX

16 2 in 1 für solche Themen: Grundlagenforschung => Lehrstuhl Industrie Kooperation => MECS Material Engineering Center Saarland MECS Project Managers Engstler Gachot Leibenguth Selzner 3D + structur. Instrum. el. contact Tomogr. tribology Manager materials contact: F.Mücklich u Mitarb. s.de University Campus, Building D33 D Saarbrücken, Germany Chair Project Managers Soldera Trinh Woll

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