@phdthesis{Friedrich2004,
  author    = {Friedrich, Holger},
  title     = {W{\"a}ssriges Foliengießen von BaTiO3 : Untersuchungen zur Entwicklung von Schlickerzusammensetzungen mit optimierten rheologischen Eigenschaften},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-10764},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2004},
  abstract  = {Trotz vielseitiger {\"o}kologischer und wirtschaftlicher Vorteile von Wasser werden beim keramischen Nassformgebungsprozess Foliengießen auf Grund von Problemen bei der Herstellung homogener Schlicker industriell vorwiegend noch organische L{\"o}sungsmittel verwendet. Ziel dieser Arbeit war daher die Entwicklung w{\"a}ssriger Schlickerzusammensetzungen, wobei ein grundlegendes Verst{\"a}ndnis f{\"u}r die Wechselwirkungen zwischen den Schlickerkomponenten (L{\"o}sungsmittel Wasser, keramisches Pulver, Dispergiermittel, Bindersystem) sowie deren Auswirkungen auf die Fließeigenschaften der Schlicker und die Gr{\"u}nfolieneigenschaften gewonnen werden sollte. Als keramisches Pulver wurde Bariumtitanat (BaTiO3) ausgew{\"a}hlt, da es eine Basiskomponente f{\"u}r die Herstellung keramischer Vielschichtkondensatoren, einem wichtigen Einsatzgebiet des Foliengießprozesses, darstellt. Grundlegende Untersuchungen haben gezeigt, dass sich die BaTiO3-Partikel in Wasser nicht inert verhalten und es zur Freisetzung von Ba2+-Ionen sowie zu einem Anstieg des pH-Wertes ins Basische kommt. Auf Grund der Readsorption der Ba2+-Ionen auf den Pulveroberfl{\"a}chen weisen die Partikel auch im Basischen ein positives Zeta-Potenzial auf, dessen Gr{\"o}ße aber nicht ausreicht, um eine elektrostatische Dispergierung der Pulverpartikel zu gew{\"a}hrleisten. Mit einem Polymethacrylat sowie einem Block-Copolymer konnten jedoch zwei Dispergiermittel ermittelt werden, die {\"u}ber einen elektrosterischen bzw. einen {\"u}berwiegend sterischen Mechanismus eine gute Dispergierung des BaTiO3-Pulvers in w{\"a}ssrigen Suspensionen erm{\"o}glichen. Durch die Kombination der Dispergiermittel mit drei verschiedenen Bindertypen (je ein teil- bzw. voll-hydrolysierter Polyvinylalkohol als L{\"o}sungsbinder sowie ein Latex-Dispersionsbinder) sind vier w{\"a}ssrige Schlickersysteme mit sehr unterschiedlichen Fließeigenschaften (Newtonsch bis stark strukturviskos) entwickelt worden. Als Ursache der Fließcharakteristika konnten von der Additivkombination (Dispergiermittel - Binder) abh{\"a}ngige, spezifische "innere" Strukturen der jeweiligen Schlicker abgeleitet werden, die auf Wechselwirkungen zwischen den organischen Additiven, ausgelaugten Ba2+-Ionen und BaTiO3-Partikeln beruhen. Diese erh{\"o}hen die Viskosit{\"a}t der Schlicker bei kleiner bis mittlerer Scherbelastung und bestimmen somit deren Strukturviskosit{\"a}t. Die Strukturen konnten im Weiteren auch mit mikrostrukturellen Gr{\"u}nfolieneigenschaften korreliert werden, wobei eine starke "innere" Struktur die Verdichtung der Schlicker beim Trocknen behindert und dadurch zu einer geringen Pulverpackungs- und Gr{\"u}ndichte sowie zu einer hohen Porosit{\"a}t und starken Oberfl{\"a}chenrauigkeit f{\"u}hrt. F{\"u}r den bei der Schlickerentwicklung wichtigen Einfluss des Binder- und BaTiO3-Gehaltes auf das Viskosit{\"a}tsniveau ist bei den Schlickern mit PVA-Binder eine exponentielle Abh{\"a}ngigkeit ermittelt worden, die im untersuchten Konzentrationsbereich in beiden F{\"a}llen prim{\"a}r durch die absolute Konzentration des auf den BaTiO3-Gehalt bezogenen Binderanteils im Schlicker bestimmt wird. Der Einfluss des Feststoffgehaltes ist dagegen im Vergleich zu dem des Binders gering. Da die Binderpolymere auch den Aufbau der Schlickerstrukturen mitbestimmen, wird durch deren Konzentration außerdem die Strukturviskosit{\"a}t der Schlicker beeinflusst, w{\"a}hrend diese von der Feststoffkonzentration nicht ver{\"a}ndert wird. Bei Schlickern mit Latex-Binder zeigte sich, dass f{\"u}r die Abh{\"a}ngigkeit der Schlickerviskosit{\"a}t vom Binder- und Feststoffgehalt die Latexpartikel ebenfalls als Feststoff zu betrachten sind. Eine gute funktionelle Beschreibung konnte {\"u}ber eine Krieger-Dougherty-Gleichung erreicht werden. Die im Vergleich zu den PVA-Bindern geringere Viskosit{\"a}t des Latex-Binders erm{\"o}glichte dabei Schlicker mit deutlich h{\"o}heren BaTiO3-Gehalten (~ 40-45 Vol.\%) als bei Schlickern mit PVA-Binder (~ 25-30 Vol.\%). Mit den in dieser Arbeit entwickelten Additivkombinationen stehen somit Schlickerzusammensetzungen mit spezifischen Fließeigenschaften f{\"u}r das w{\"a}ssrige Foliengießen zur Verf{\"u}gung. Diese k{\"o}nnen auf der Basis der ermittelten Zusammenh{\"a}nge zwischen Viskosit{\"a}tsniveau und Binder- bzw. Feststoffgehalt optimal und gezielt an die Anforderungen eines Gießverfahrens und der Gr{\"u}nfolien angepasst werden. Das {\"u}ber die abgeleiteten Schlickerstrukturen erhaltene, grundlegende Verst{\"a}ndnis f{\"u}r die Einfl{\"u}sse und Wechselwirkungen der Schlickerkomponenten erm{\"o}glicht im Weiteren, Probleme sowie spezifische Anforderungen eines Foliengießprozesses zu l{\"o}sen.},
  subject      = {Bariumtitanat},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Roos2002,
  author    = {Roos, Christian Hans-Georg},
  title     = {Untersuchungen zum Thermoschockverhalten von Keatit-Mischkristall-Glaskeramiken},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-4120},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2002},
  abstract  = {LAS-Glaskeramiken aus Keatit-Mischkristallen (KMK) sind aufgrund ihres relativ hohen thermischen Ausdehnungskoeffizienten (TAK) a20-700 von etwa 1·10-6 K-1 deutlich empfindlicher gegen einen {\"a}ußeren Thermoschock als Glaskeramiken aus Hochquarz-Mischkristallen (HQMK) deren TAK etwa um den Faktor 10 geringer ist. Dennoch konnte gezeigt werden, dass Glaskeramikplatten mit KMK als Hauptkristallphase unter entsprechenden Bedingungen eine nahezu vergleichbar hohe Thermoschockbest{\"a}ndigkeit besitzen k{\"o}nnen. Die vorliegende Arbeit untersuchte die Ursachen f{\"u}r die Thermoschock-Best{\"a}ndigkeit (nach der Pr{\"u}fmethode Temperatur-Unterschiedsfestigkeit, kurz TUF, genannt) der KMK-Glaskeramik und zeigte Einflussgr{\"o}ßen zur Optimierung des Thermoschockverhaltens dieses Materials auf. Es wurde gezeigt, dass in dem Material eine grundlegende Thermoschockbest{\"a}ndigkeit („Grund-TUF") durch die Kenngr{\"o}ßen a, E und n bedingt wird, die durch entsprechende Keramisierungsbedingungen nochmals erh{\"o}ht werden kann. Diese zus{\"a}tzliche Thermoschockbest{\"a}ndigkeit konnte auf eine Randschicht von etwa 100 µm zur{\"u}ckgef{\"u}hrt werden. Es wurde gezeigt, dass die Ursache f{\"u}r die verbesserte Thermoschockbest{\"a}ndigkeit in einer Druckvorspannung der Randschicht von weniger als 10 MPa, die {\"u}ber den Keramisierungsprozess eingebracht wird, liegt. Diese sehr geringen Schichtspannungen konnten {\"u}ber Vickerseindr{\"u}cke identifiziert und mit einem Modell auf Basis der Rissz{\"a}higkeit qualitativ bis semi-quantitativ beschrieben werden. Die Spannungen in der Randschicht beeinflussen die Rissausbreitung der Vickersrisse. Damit k{\"o}nnen nach Ausmessen der Risse relative Aussagen {\"u}ber die Spannungen und somit {\"u}ber die TUF der untersuchten Platte gemacht werden. Auf diese Weise konnte sowohl die TUF als Randschichteigenschaft identifiziert werden, als auch Proben mit unterschiedlicher TUF mittels geeigneter Vickerseindr{\"u}cke unterschieden werden.},
  subject      = {Glaskeramik},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Dannert2006,
  author    = {Dannert, Christian Alexander},
  title     = {Untersuchungen zum Sinterverhalten von Porzellan},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-26283},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2006},
  abstract  = {Unter {\"o}konomischen und {\"o}kologischen Zw{\"a}ngen geht der Trend in der Porzellanherstellung dahin, den Brennprozess immer weiter zu beschleunigen und damit die Brenndauer zu verk{\"u}rzen. Die Aufheizrate beim Brand wird dazu zunehmend erh{\"o}ht. In der Folge treten, durch fehlende Standfestigkeit des sinternden Scherbens bedingt, bleibende Verformungen auf. Außerdem f{\"u}hren große Dichtegradienten im Scherben zu Rissen, die sich beim Brand nicht mehr schließen. Eine bessere Kenntnis der Sinterph{\"a}nomene w{\"a}hrend des Brandes tr{\"a}gt zur L{\"o}sung dieser Probleme bei. Deshalb wurden in dieser Arbeit Methoden der Sinteranalyse auf Porzellan angewandt und erweitert: die Aufstellung eines Kinetic Field, die Untersuchung der Temperaturleitf{\"a}higkeit und die Analyse des Verformungsverhaltens beim Brand. Die Untersuchungen fanden in einer umgebauten und erweiterten Thermo- Optischen Meßanlage (TOM) statt. In dieser Meßanlage k{\"o}nnen gleichzeitig die Schwindung und die Temperaturleitf{\"a}higkeit in-situ w{\"a}hrend der Sinterung gemessen werden. Um die industriellen Brennbedingungen von Porzellan m{\"o}glichst genau in den Labormaßstab zu {\"u}bertragen, wurde die TOM um den Betrieb unter wasserdampfhaltiger Brennatmosph{\"a}re erweitert. Zur Untersuchung des Verformungsverhaltens von Porzellan w{\"a}hrend der Sinterung in der TOM wurde weiterhin ein Aufbau entwickelt, der besonders den optischen Gegebenheiten in der Meßeinrichtung Rechnung tr{\"a}gt. W{\"a}hrend der Sinterung kann die Probe mit einer definierten Kraft belastet und die resultierende Verformung optisch gemessen werden. In Versuchsreihen zum Porzellanbrand, bei denen Aufheizraten, Maximaltemperaturen, Belastungen und Atmosph{\"a}ren ver{\"a}ndert wurden, wurden gleichzeitig Schwindung und Temperaturleitf{\"a}higkeit gemessen. Aus den Schwindungsdaten der unbelasteten Sinterungen wurde ein Kinetic Field von Porzellan erstellt. Es zeigt die Sintergeschwindigkeit in Abh{\"a}ngigkeit von der Temperatur und der Aufheizrate. Das Kinetic Field erlaubt, die Sintervorg{\"a}nge von Porzellan abh{\"a}ngig von den Brennparametern vorherzusagen. Es ist somit ein wichtiges Werkzeug zur Optimierung von Brennvorg{\"a}ngen, da es den Schritt von arbeits- und kostenintensiven "Trial and Error"-Versuchen zu materialangepaßten theoretischen Optimierungen erm{\"o}glicht. Mittels Finite-Differenzen-Verfahren wurden die Dichtegradienten im Porzellanscherben w{\"a}hrend des Brandes berechnet. Diese Berechnung konnte erstmals gekoppelt, unter Ber{\"u}cksichtigung sowohl der W{\"a}rmeleitf{\"a}higkeits- als auch der Dichteentwicklung, erfolgen. Dichtegradienten beg{\"u}nstigen die Ausbildung von Rissen beim Brand. Die Berechnung der Dichtegradienten kann auf jedes beliebige Brennregime angewandt werden. So kann im Vorfeld der industriellen Umsetzung ein Brennprogramm auf minimale Dichtegradienten und geringe Rißneigung w{\"a}hrend des Brandes optimiert werden. Aus Verformungsmessungen wurde die Standfestigkeit von Porzellan w{\"a}hrend des Brandes bestimmt. Sie beeinflußt wesentlich die Verformung des Scherbens w{\"a}hrend des Brandes. Auch hier kann durch wenige Versuche im Labor die Verformung von Porzellan w{\"a}hrend des industriellen Brandes vorhergesagt werden. Dadurch wird die Optimierung auf geringste Verformung m{\"o}glich. Bei der Untersuchung der Sintergeschwindigkeit des untersuchten Porzellans fallen zwei charakteristische Maxima auf, die in den Temperaturbereichen auftreten, in denen die Dichtegradienten im Scherben stark ausgebildet sind und in denen auch die Standfestigkeit gering ist. Diese Erscheinungen werden mit Sinterph{\"a}nomenen der Fl{\"u}ssigphasensinterung in Verbindung gebracht. Sie resultieren aus mehreren, teils gegeneinander wirkenden und sich {\"u}berlagernden Sintervorg{\"a}ngen. Beim Brand unter industrieller, feuchter Brennatmosph{\"a}re treten die einzelnen Sinterph{\"a}nomene unabh{\"a}ngig von der Aufheizrate immer bei der gleichen Temperatur auf. Dieses Verhalten ist sehr ungew{\"o}hnlich und wurde bisher noch nicht beobachtet. Es kann dadurch erkl{\"a}rt werden, daß die feuchte Atmosph{\"a}re die Viskosit{\"a}t der glasbildenden Schmelzphase im Werkst{\"u}ck stark erniedrigt und in der Folge Gleichgewichtsph{\"a}nomene der Sinterung geschwindigkeitsbestimmend werden. Aus den gesammelten Erkenntnissen wurden Hinweise zur optimierten Brennf{\"u}hrung beim Brand des hier untersuchten Porzellans formuliert. Ziel war es, Produkte ohne Verformungen und Risse mit dem k{\"u}rzestm{\"o}glichen Brennzyklus zu erhalten. Dazu sollte die Aufheizung m{\"o}glichst schnell erfolgen, so daß Bereiche niedriger Festigkeit schnell durchfahren werden. Die obere Grenze der Aufheizgeschwindigkeit wird durch Temperatur- und Dichtegradienten im Werkst{\"u}ck bestimmt, die zu mechanischen Spannungen und damit zu Rissen f{\"u}hren k{\"o}nnen. Dieses Verhalten konnte rechnerisch simuliert werden. In Verbindung mit neuen Ofentechnologien ist es m{\"o}glich, die Dauer des Porzellanglattbrandes auf deutlich unter vier Stunden zu verringern.},
  subject      = {Keramik},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Kallweit2008,
  author    = {Kallweit, Ren{\´e}},
  title     = {Untersuchung des dielektrischen Verhaltens polymerbasierter elektrorheologischer Fl{\"u}ssigkeiten},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-36597},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2008},
  abstract  = {Auf dem Forschungsgebiet der elektrorheologischen Fluide wurden verst{\"a}rkt Modelle auf der Basis statischer Systeme entwickelt. In diesen Modellen wird angenommen, dass die Par-tikel der ER-Suspension Ketten von einer Elektrode zur anderen ausbilden. {\"U}ber die elektro-statische Wechselwirkung der Partikel untereinander in Verbindung mit dem nicht-ohmschen Verhalten des Tr{\"a}ger{\"o}ls wurde dabei auf die Schubspannung und die Stromdich-te der ERF geschlossen. Diese Vorhersagen waren aufgrund der Vernachl{\"a}ssigung der Dy-namik nur bedingt aussagef{\"a}hig. In experimentellen Untersuchungen der Schubspannung und Stromdichte wurden die Abh{\"a}ngigkeiten von Scherrate, Feldst{\"a}rke und Spaltgeometrie n{\"a}her betrachtet. F{\"u}r ein besseres Verst{\"a}ndnis der ER-Eigenschaften wurden zudem die-lektrische Messungen (Impedanzmessungen) durchgef{\"u}hrt. Als Ergebnis dieser Messungen wurde eine dielektrische Aktivit{\"a}t der ERF im Frequenzbereich von 102 Hz bis 105 Hz f{\"u}r einen hohen ER-Effekt ermittelt. Der Realteil der Permittivit{\"a}t f{\"u}hrt in diesem Frequenz-fenster einen großen Sprung durch - dies ist {\"a}quivalent mit einem großen Imagin{\"a}rteil der Permittivit{\"a}t (dielektrischer Verlust ) oder einem großen tan \&\#61540;. In dieser Arbeit wurde f{\"u}r die Untersuchungen eine ERF mit Silikon{\"o}l als Tr{\"a}germedium und salzdotiertes Polyurethan als Partikelmaterial verwendet. Im ersten Teil der Arbeit steht die Identifikation der auftretenden Relaxationen - ermittelt durch die dielektrische Spektro-skopie - im Vordergrund. Dabei konnte eine Relaxation aufgrund der Salzdotierung, eine durch Kohlendioxid und Wasser und eine aufgrund des Polyurethans der Partikel nachge-wiesen werden. Da die Dotiersalzrelaxation den gr{\"o}ßten Beitrag des ER-Effektes verursacht, wurde diese im Rahmen der vorliegenden Arbeit n{\"a}her betrachtet. Sowohl Lage als auch St{\"a}rke der Relaxa-tion lassen sich durch die Partikelkonzentration, den Salzgehalt, die Salzart und durch eine Modifikation der Polymermatrix variieren. In {\"U}bereinstimmung mit Messungen am Rheo-meter lassen sich daraus die gew{\"u}nschten Eigenschaften, im Besonderen das Temperatur-verhalten und die St{\"a}rke der ERF, einstellen. Im Weiteren wurde aus den gewonnenen Ergebnissen der dielektrischen Spektroskopie in Verbindung mit rheologischen Messungen ein Schema entwickelt, mit dem es m{\"o}glich ist, aus der Lage und der St{\"a}rke der Salzrelaxation im Vergleich mit bekannten ERF auf die Schubspannung und die Stromdichte zu schließen. Somit ist zum ersten Mal eine Qualit{\"a}ts-kontrolle aufgrund der Basiseigenschaften der ERF m{\"o}glich. Im letzten Teil dieser Arbeit wurden die Unterschiede der Messungen in Scher- bzw. Fließ-modus und deren Ursachen beleuchtet. Hierbei konnte aufgezeigt werden, dass die Rotation der Partikel aufgrund der Scherbelastung in Kombination mit dem Str{\"o}mungsprofil f{\"u}r die unterschiedlichen Messergebnisse verantwortlich ist. Die Unterschiede sind so groß, dass sich kein konstanter Faktor ermitteln l{\"a}sst, um beide Messmodi miteinander zu vergleichen. Somit muss eine ERF immer in dem Modus charakterisiert werden, der der sp{\"a}teren Belas-tungsart entspricht, um so die korrekten Wert f{\"u}r die Schubspannung und die Stromdichte ermitteln zu k{\"o}nnen.},
  subject      = {Impedanzspektroskopie},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Buerke2004,
  author    = {B{\"u}rke, Harald},
  title     = {TEM-Grundlagenuntersuchungen zur Gef{\"u}geentwicklung in aush{\"a}rtbaren Glimmerglaskeramiken},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-12548},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2004},
  abstract  = {Untersuchung der Keimbildung und des Kristallisationsverhaltens einer mit Zirkoniumoxid verst{\"a}rkten Glimmerglaskeramik mit Na- Fluorphlogopit als kristalliner Hauptphase. Es der Einfluss des Zirkoniumoxides auf die Keimbildung untersucht. Die M{\"o}glichkeiten und Mechanismen der mechanischen Verfestigung der vorkristallisierten Glaskeramik in einem zweiten Temperschritt durch gezielte Gef{\"u}geeinstellung, Wachstum der Zirkoniumoxidkristalle auf eine umwandlungsf{\"a}hige Gr{\"o}ße, sowie durch Ausscheidung anderer Phasen wurden im zweiten Teil untersucht. Ziel war die Optimierung der Bearbeitbarkeit nach der ersten Kristallisation und eine bestm{\"o}gliche Verfestigung durch die zweite Kristallisation. Keimbildung und Kristallisation Die in der Literatur h{\"a}ufig beschriebene tr{\"o}pfchenf{\"o}rmige Entmischung konnte nicht beobachtet werden. Die Keimbildung wird wesentlich durch die prim{\"a}re Ausscheidung von nanokristallinem Zirkoniumoxid beg{\"u}nstigt. Ohne Zirkoniumoxid erfolgt im gew{\"a}hlten Zusammensetzungsbereich des Grundglases eine homogene Keimbildung von Phlogopit mit einem Keimbildungsmaximum im Bereich der Transformationstemperatur Tg des Glases. Bei einer Zusammensetzung mit sechs Masseprozent Zirkoniumoxid lassen sich homogene einphasige Gl{\"a}ser herstellen, wenn die Abmessungen nicht zu groß sind, so dass die Abk{\"u}hlung in wenigen Minuten erfolgt. Andernfalls w{\"u}rde bereits w{\"a}hrend der Abk{\"u}hlung die unkontrollierte Ausscheidung von Zirkoniumoxid-Dendriten erfolgen. Eine Temperaturbehandlung bei ca. 60 - 100 °C oberhalb von Tg f{\"u}hrt zur homogenen Ausscheidung von Zirkoniumoxid-Nanokristallen und anschließender heterogener Keimbildung von Chondrodit- und Phlogopit-Kristallen. Die maximale Keimbildungsrate erh{\"o}ht sich hierdurch um mehr als 20-tausendfach. Das Maximum der Keimbildung wird zu h{\"o}heren Temperaturen verschoben und die Induktionszeit drastisch verk{\"u}rzt. Somit k{\"o}nnen in technisch interessanten Zeiten gen{\"u}gend Keime erzeugt werden um ein feinkristallines Gef{\"u}ge zu erhalten. In den untersuchten Gl{\"a}sern erfolgt die Kristallisation ohne vorangehende amorphe Phasentrennung. Unterhalb einer Temperatur von 1060 °C wachsen gest{\"o}rte Glimmerkristalle mit gegen{\"u}ber der regul{\"a}ren St{\"o}chiometrie erh{\"o}htem Al-Anteil. Bei gr{\"o}ßeren Glimmerkristallen lassen sich makroskopisch gekr{\"u}mmte, dendritisch verzweigte Wachstumsformen erkennen. Als Ursache hierf{\"u}r konnten St{\"o}rungszonen im Gitteraufbau der Glimmer ausgemacht werden. Zus{\"a}tzliche, eingeschobene {001}-Halbebenen f{\"u}hren zu einer Verbiegung der benachbarten durchgehenden Netzebenen und erm{\"o}glichen dem Kristall die Wachstumsrichtung um einen kleinen Winkelbetrag zu {\"a}ndern. In der Summe entstehen so die makroskopisch gekr{\"u}mmten und verzweigten Kristalle. Anders als f{\"u}r die bekannten sph{\"a}risch aggregierten Glimmerkristalle angenommen, ist hier also kein durch die Glasmatrix vorgegebener Zwang f{\"u}r die gekr{\"u}mmte Morphologie entscheidend. Vielmehr f{\"u}hren Wachstumsst{\"o}rungen, die aufgrund der nichtst{\"o}chiometrischen, Al-reichen und hochviskosen Glasmatrix auftreten, zu Gitterfehlern in deren Folge die Glimmerkristalle gekr{\"u}mmt wachsen. Bei h{\"o}heren Temperaturen und h{\"o}herer Mobilit{\"a}t der f{\"u}r den Phlogopit erforderlichen Baueinheiten erfolgt die Rekristallisation zu st{\"o}chiometrischem Phlogopit. Verfestigung Die Zugabe von Zirkoniumoxid hat einen wesentlichen Einfluss auf die Festigkeit der Glimmerglaskeramik. Bereits nach der ersten Kristallisation wurden Biegefestigkeiten bis 290 MPa gemessen, gegen{\"u}ber 120 MPa ohne Zirkoniumoxid. In diesem Stadium liegen die Zirkoniumoxidkristalle noch in einem nicht umwandlungsf{\"a}higen nanokristallinen Zustand vor. Durch die heterogene Keimbildung an ZrO2-Kristallen wird ein feink{\"o}rniges Phlogopitgef{\"u}ge m{\"o}glich, wodurch eine Verfestigung gegeben ist. Umwandlungsf{\"a}hige ZrO2-Teilchen in der Restglasmatrix nach der zweiten Kristallisation konnten nachgewiesen werden. Damit wurde der Prozess der Umwandlungsverst{\"a}rkung qualitativ nachgewiesen. Es trat jedoch keine signifikante Erh{\"o}hung der Bruchz{\"a}higkeit ein. Die h{\"o}here Biegefestigkeit nach der zweiten Kristallisation wird deshalb durch umwandlungsinduzierte Oberfl{\"a}chendruckspannung erkl{\"a}rt. Mikrorissverst{\"a}rkung ist ein weiterer bekannter Verfestigungsmechanismus. Mikrorisse an bereits umgewandelten ZrO2-Teilchen wurden jedoch nicht beobachtet. Kristallisation weiterer Phasen Durch unterschiedliche Keimbildung und geringe {\"A}nderungen des Fluorgehaltes der Gl{\"a}ser konnten im zweiten Kristallisationsschritt Kornerupin, Mullit oder Spinell als weitere Phase kristallisiert werden. Kornerupin kristallisierte in Form von langen Nadeln. Schon ein geringer Anteil Kornerupin f{\"u}hrte zu einer deutlich h{\"o}heren H{\"a}rte und Elastizit{\"a}tsmodul. Die Bruchz{\"a}higkeit nahm etwas ab, ein signifikanter Einfluss auf die Biegefestigkeit war nicht festzustellen. Die Bearbeitbarkeit wurde signifikant schlechter. Außerdem f{\"u}hrten relativ geringe Mengen Kornerupin zu einer starken Opakisierung des Materials. Mullit und Spinell zeigten beide eine gute Vertr{\"a}glichkeit mit dem Glimmergef{\"u}ge, es wurden hohe Festigkeiten erreicht. Im Gegensatz zu den Kornerupin-Nadeln, welche Gef{\"u}ge{\"u}bergreifend wuchsen, kristallisierte, je nach Fluorgehalt, Mullit oder Spinell in den glasigen Bereichen zwischen den Glimmerkristallen. Ein negativer Einfluss auf die Bearbeitbarkeit wurde nicht festgestellt. Proben mit mehr Mullit sind jedoch weniger transluzent als Proben mit {\"u}berwiegend Spinell. Bearbeitbarkeit Durch den Einsatz von Zirkoniumoxid und dessen gezielter Ausscheidung in einem zweistufigen Kristallisationsprozess wurden bearbeitbare Glimmerglaskeramiken mit deutlich h{\"o}heren Festigkeitswerten hergestellt, als die der bisher bekannten Glimmerglaskeramiken. Der Widerspruch zwischen guter Bearbeitbarkeit und hoher Festigkeit konnte nicht aufgehoben werden. Es ist zwar eine Bearbeitung der Proben mit spanenden Werkzeugen m{\"o}glich. Die verst{\"a}rkten Proben sind jedoch deutlich schwerer zu bearbeiten, als die unverst{\"a}rkten. Eine Optimierung war m{\"o}glich, indem der Glimmeranteil erh{\"o}ht wurde. Da die Proben mit h{\"o}herem Glimmeranteil eine niedrigere H{\"a}rte hatten, konnte ein inverser Zusammenhang zwischen der gemessenen H{\"a}rte und der Bearbeitbarkeit festgestellt werden. Dem urspr{\"u}nglichen Ziel entsprechend wurde durch die zweite Kristallisationsstufe eine Steigerung der Festigkeit erzielt, bei gleichzeitig verminderter Bearbeitbarkeit. Die hohen Erwartungen an die zweistufige Kristallisation konnten jedoch nicht erf{\"u}llt werden. Vielmehr ist bereits in einem einstufigen Prozess eine hohe Festigkeit bei noch akzeptabler Bearbeitbarkeit m{\"o}glich.},
  subject      = {Glimmer},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Goetzendoerfer2010,
  author    = {G{\"o}tzend{\"o}rfer, Stefan},
  title     = {Synthesis of Copper-Based Transparent Conductive Oxides with Delafossite Structure via Sol-Gel Processing},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-51601},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2010},
  abstract  = {Starting off with solubility experiments of possible precursors, the present study reveals the whole development of a sol gel processing route for transparent p type semiconductive thin films with delafossite structure right to the fabrication of functional p-n junctions. The versatile sol formulation could successfully be modified for several oxide compositions, enabling the synthesis of CuAlO2, CuCrO2, CuMnO2, CuFeO2 and more. Although several differences in the sintering behaviour of powders and thin films could be observed, the powder experiments significantly contributed to the clearification of the intricate phase development during thermal annealing and also to optimization of the annealing sequence for thin film processing. Two different ternary systems turned out to be the most promising candidates for p-TCO application: Copper aluminum oxide for its high optical transmittance and copper chromium oxide for its low synthesis temperature, which allowed thin film deposition on low-cost borosilicate substrates. In order to combine the advantages of these two systems, the quaternary oxide composition CuAl1-xCrxO2 was investigated. With a higher optical transmittance than CuCrO2, a lower synthesis temperature than CuAlO2 and a lower resistivity than both parent systems, the optimum composition of the quaternary oxide is reached for x = 0.50. Compared to physical vapour deposition techniques, the undoped thin films presented here still need to make up some deficites in their optoelectronic performance. Although the best sol-gel samples are able to compete with RF sputtered samples or sampes deposited by PLD in transmittance, their resistivity is almost two orders of magnitude higher. The most probable reasons for this are the characteristic imperfections of sol-gel thin films like porosity and small crystallite size, which create barriers like grain boundaries and bottlenecks like barely connected particles. By additional effort such shortcomings can be repelled to a certain extend, but nevertheless the density of undoped sol-gel material always stays behind its pendants processed by physical vapour deposition.[246] Furthermore, such additional endeavour is likely to annihilate the advantage of sol-gel technique in processing costs. Extrinsic doping is a common method to decrease the resistivity of delafossite materials. Partially replacing the trivalent cations by divalent ones creates additional holes and thus generates additional charge carriers for p-type semiconductivity. This can improve the conductivity of delafossites by up to three orders of magnitude. Due to the compositorial flexibility of sol-gel processing, dopants could be introduced easily in this study by soluble precursors. However, improving the conductivity of CuAlO2 and CuAl0.5Cr0.5O2 via this method failed. Actually, this seems to be due to the fact that instead of being incorporated into the delafossite phase the dopant ions form intransparent phase impurities like spinels, which interfere with optical transmittance of the thin films. On the contrary, doping had a positive effect on the conductivity and the optical transmittance of copper chromium oxide, with magnesium being the most effective dopant. The resistivity could be decreased by more than three orders of magnitude, but in order to achieve this, much higher Mg concentrations than by other thin film deposition methods were necessary. This indicates a low doping efficiency in sol gel processed thin films, but also the ability of sol gel processing to incorporate more magnesium into the oxide than any other processing method. The extensive substitution of the chromium ions also increases the optical transmittance and allows sol gel processed thin films to draw level with thin films deposited by sputtering methods or PLD. Finally, the applicability of the delafossite thin films was proven by the asymmetric current voltage characteristics of heterojunctions between ITO and the delafossites. Shunting problems of the metallic contacts, on the other hand, reveal structural deficites of the delafossites, which should be the subject of further investigations.},
  subject      = {Transparent-leitendes Oxid},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Rettenmaier2002,
  author    = {Rettenmaier, J{\"u}rgen},
  title     = {Synthese von TiO2-Nanopartikeln und Carbazol-Farbstoffderivaten f{\"u}r optische Anwendungen in anorganisch-organischen Hybridpolymeren},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-2937},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2002},
  abstract  = {Die Arbeit hatte das Ziel, Beitr{\"a}ge zur Synthese photorefraktiver Nanokomposite durch die geschickte Kombination spezieller organischer Farbstoffe mit elektronenleitenden, anorganischen Nanopartikeln oder mit lochleitenden Carbazol-Derivaten in hybriden Polymeren zu leisten. Dabei wurden grundlegende Erkenntnisse auf folgenden Gebieten erzielt: > TiO2-Nanopartikel als anorganische Elektronenleiter > Carbazol-Derivate als organische Lochleiter > Metallkomplex-Farbstoffe als Photosensibilisatoren > Optisch nichtlineare Chromophore > Struktur-Eigenschafts-Beziehungen in hybriden Materialien > Photoleitung > Optische Nichtlinearit{\"a}t},
  subject      = {Photorefraktiver Effekt},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Klukowska2004,
  author    = {Klukowska, Anna},
  title     = {Switching hybrid polymers with physically and covalently entrapped organic photochromes},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-11721},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2004},
  abstract  = {The aim of this work was to test and tailor new sol gel derived hybrid polymer coatings for the incorporation of photochromic spirooxazines and chromenes. The development and optimisation of work was performed via two different routes (dye and matrix ones), that led to photochromic multi-layer coating systems with coloration depth and photostabilities comparable to commercially available products. Hybrid sol-gel derived polymers were found to be suitable host materials for photochromic dyes. Matrix properties and the type of entrapment heavily influence the photochromic activity, as well as the degradation rate and the kinetics of incorporated dyes. Dyes incorporated within more polar and rigid matrices were found to show slower kinetics and higher coloration but associated with faster photodegradation. On the other hand, hosts with less polar sites, low residual water concentration and low rigidity are preferable in terms of photostability. Significant differences were found for physically incorporated and covalently grafted chromophores. Using silylated dyes that can participate in the sol-gel process, the photodegradation rate of the whole system can be decreased as compared to the physically entrapped systems. The higher photostability and slower kinetics for covalently bonded photochromes is probably due to sterical hindrance. Addition of proper stabilisers increases the photostability: The employment of UV light stabilisers, excited state quenchers and HALS was found to be beneficial but not sufficient. Besides the presence of stabilisers, also the reduction of oxygen migration into the coating (by a hard top coat and an inorganic anti reflective coating) strongly increases stability of photochromes. Finally, it was found that the separation of photochromes within two (or more) different layers leads to a further improvement of the coloration and fatigue behaviour of the whole coating stack, presumably by preventing the contact of dye molecules with excited states of other molecules or their degradation products. These latter findings are considered to pave the way for stable photochromic coatings based on hybrid polymers. Future development should be directed towards more photostable yellow and red switching dyes. The results of the present investigations should help to choose the most suitable molecular environments for the tested photochromes in terms of photostability, kinetics and activity, which is considered relevant with respect to potential applications, in particular in the ophthalmic sector. Furthermore, the interesting combination of properties of this type of materials offers a large potential with regard to many applications, such as coatings for sunglasses, radiation protectors, filters, sunroofs, reversible markings, printing applications and smart textiles.},
  subject      = {Metallorganische Polymere},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Kahlenberg2004,
  author    = {Kahlenberg, Frank},
  title     = {Structure-property correlations in fluoroaryl functionalized inorganic-organic hybrid polymers for telecom applications},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-9378},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2004},
  abstract  = {The development and in-depth characterization of new fluoroaryl functionalized ORMOCER® materials (inorganic-organic hybrid polymers) for optical waveguide applications in telecommunication is presented. The preparation of the materials included precursor silane synthesis, hydrolysis/polycondensation of organoalkoxysilane mixtures, and photolithographic processing of the resulting oligosiloxane resins in order to establish the inorganic-organic hybrid network. During all stages of ORMOCER® preparation, structure-property relations were deduced from characterization data, particularly with respect to low optical loss in the important near-infrared spectral region as well as refractive index. With the aid of molecular modeling, structural characteristics of oligomeric intermediates were visualized, which was found valuable in the fundamental understanding of the material class. The material development started with the syntheses of a variety of commercially unavailable fluorinated and unfluorinated arylalkoxysilanes by means of Grignard and hydrosilylation pathways, respectively. A survey of silane optical properties, particularly their absorptions at the telecom wavelengths 1310 nm and 1550 nm, gave an impulse to the choice of suitable precursors for the preparation of low-loss ORMOCER® resins. Accordingly, precursor silane mixtures and hydrolysis/polycondensation reaction conditions were chosen and optimized with regard to low contents of C-H and Si-OH functions. Thus, absorptions as low as 0.04 dB/cm at 1310 nm and 0.18 dB/cm at 1550 nm, respectively, could be obtained from an oligosiloxane resin based on pentafluorophenyltrimethoxysilane (1) mixed with pentafluorophenyl(vinyl)-dimethoxysilane (5). In order to improve the organic crosslinkability under photolithographic processing conditions, further resins on the basis of the aforementioned were prepared, which additionally incorporated the styrene-analogous precursor 4-vinyltetrafluorophenyl-trimethoxysilane (4). Thus, ORMOCER® resins with low optical losses of 0.28 dB/cm at 1310 nm and 0.42 dB/cm at 1550 nm, respectively, were prepared, which exhibited excellent photopatternability. The manufacture of micropatterns such as optical waveguide structures by UV-photolithography under clean room conditions was the final stage of material synthesis. The optimization of processing parameters allowed the preparation of test patterns for the determination of optical, dielectrical and mechanical properties. A low optical loss of 0.51 dB/cm at 1550 nm could be measured on a waveguide manufactured from a photopatternable fluoroaryl functionalized ORMOCER®. The structural characterization of liquid resins as well as cured ORMOCER® samples was accomplished chiefly with solution and solid state 29Si-NMR spectroscopy, respectively. Particularly for polycondensates incorporating species based on more than one precursor silane, the spectra showed a high degree of complexity. An additional challenge arouse from the partial loss of fluoroaryl groups during ORMOCER® condensation and curing, which resulted in even more condensation products. Thus, in order to provide a basis for resin analysis, first the hydrolysis/condensation reactions of the isolated precursors were investigated under reaction time-resolution with NMR spectroscopy at low temperature. Backed by signal assignments in these single-precursor systems, the respective species could also be identified in the complex resin spectra, allowing for their quantitative interpretation. The structural characterization was rounded out by IR spectroscopy and SAXS analyses. With the help of molecular modeling, the experimental data were finally transferred into a three-dimensional image of an organosiloxane oligomer, which is representative for a photopatternable fluoroaryl functionalized ORMOCER® resin. The combination of low-temperature NMR, which made the characterization of polycondensates possible, with oligomer modeling paved the way to a further understanding of ORMOCER® resin systems. On the basis of this visualization of structural characteristics, e.g. properties such as organic crosslinkability of oligomers were discussed in the light of steric features within the molecular structure. Thus, new possibilities were established for the systematic optimization of ORMOCER® formulations. Structure-property relations with respect to optical loss and refraction, as determined within this work, follow trends, which are in accordance with the literature. Particularly the direct comparison of data derived from analogous fluorinated and unfluorinated ORMOCER® resins showed that fluorination results in significant decrease in NIR optical loss. Additionally, different unfluorinated aryl functionalized systems with varying aliphatic C-H content were compared. In case of a lower aliphatic content, a widening effect on the 1310 nm window was found. This is due to a shift of arylic C-H vibrations (1145 nm) towards lower wavelengths compared to aliphatic C-H (1188 nm). Finally, on the basis of NIR spectra of analogous fluorinated resins with low and high silanol content, respectively, a significant impact of (Si)O-H groups on the 1550 nm window was demonstrated, while the 1310 nm window was unaffected. This is due to O-H vibrations with a maximum at 1387 nm and further bands at higher wavelength. The index of refraction was drastically lowered due to fluorination. Thus, the analogous fluorinated and unfluorinated ORMOCER® resins had indices of 1.497 and 1.570, respectively, in the VIS region. For the fluorinated systems, refraction did not change significantly during organic cross-connection and hardbake. In conclusion, the new fluoroaryl functionalized ORMOCER® systems represent low-loss materials for telecom applications. In addition, in-depth characterization during material development allowed the proposal of structure-property relations, particularly with respect to optical properties, which are of considerable importance for future developments.},
  subject      = {Ormocer},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Gigant2005,
  author    = {Gigant, Karine},
  title     = {Raman-Spektroskopie hybridpolymerer Sol-Gel-Materialien : vom Sol bis zur Schicht},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-14994},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2005},
  abstract  = {In der vorliegenden Arbeit wurden durch den Sol-Gel-Prozeß hergestellte hybride Sole, Xerogele und Schichten mit Hilfe der Raman-Spektroskopie untersucht. Dazu wurden zun{\"a}chst die schwingungsspektroskopischen Zuordnungen f{\"u}r verschiedene Alkoxysilanen erg{\"a}nzt und zusammengefasst. Anschließend wurde die Hydrolyse vom Vinyltriethoxysilan (VTES) durch FT-Raman-Spektroskopie vom Sol bis zum Xerogel verfolgt. Weitere Untersuchungen an verschiedenen Xerogelen lieferten neue Erkenntnisse {\"u}ber charakteristische Raman-Banden des anorganischen Netzwerkes. Der zweite Teil dieser Arbeit richtete sich auf konfokale Raman-mikrospektroskopische Untersuchungen hybrider Schichten bez{\"u}glich der anorganischen und organischen Vernetzung. Zun{\"a}chst wurden Polymersubstrate untersucht. Es wurde experimentell festgestellt, dass die axiale Aufl{\"o}sung eines konfokalen Raman-Mikrospektrometers tats{\"a}chlich niedriger ist als bisher in der Literatur angenommen wurde. Bei Mikro-Raman-Untersuchungen an verschiedenen Schichtsystemen hat sich herausgestellt, dass die Schwingungsmoden des anorganischen Netzwerks im niederfrequenten Raman-Bereich leicht detektierbar sind. Die Lage der charakteristischen sogenannten T3/Q3-Bande im Raman-Spektrum der UV-geh{\"a}rteten Probe deutet allerdings auf einen niedrigeren Kondensationsgrad hin, als beim langsam luftgetrockneten Xerogel, was mit Hilfe von 29Si-Festk{\"o}rper-NMR-Messungen best{\"a}tigt wurde. Dar{\"u}ber hinaus konnte festgestellt werden, dass die Schichten einen h{\"o}heren Kondensationsgrad als die gleich behandelten Volumenproben aufweisen. Es wurde gezeigt, dass die gewonnenen Raman-spektroskopischen Erkenntnisse f{\"u}r die Erforschung und die L{\"o}sung von Vernetzungsproblemen hilfreich sein k{\"o}nnen. Nach einem kurzen {\"U}berblick der Mechanismen der organischen Vernetzung wurden zun{\"a}chst thermisch-hartbaren Schichtsysteme auf Glycidyloxypropyltrimethoxysilan-Basis durch Raman-Mikrospektroskopie untersucht. Die quantitative Auswertung des Umsetzungsgrades erfolgte nach einer Bandenanalyse der Ringatmungsschwingung des Epoxidrings. Es stellte sich heraus, dass die Polyadditionsreaktion nur sehr begrenzt stattfindet. Dagegen ist die Anhydridh{\"a}rtung unter den gleichen Bedingungen deutlich effizienter. Daneben wurde gezeigt, dass die an Volumenproben erhaltenen Ergebnisse, in Bezug auf die organische Vernetzung, nicht auf die entsprechenden Schichten {\"u}bertragen werden k{\"o}nnen. Bei den untersuchten UV-h{\"a}rtbaren Schichtsystemen konnte der Umsetzungsgrad mittels einer Bandenanalyse der reaktiven Gruppen erfolgreich ermittelt werden. Die Reaktivit{\"a}t der unges{\"a}ttigten Gruppen, wenn sie einer radikalischen Polymerisation ausgesetzt sind, folgt der Reihe: Allyl < Vinyl < Acrylat. Die Thiol-En-Addition bei den VTES / Mercaptopropyltrimethoxysilan-Schichtsystemen f{\"u}hrt zu h{\"o}heren Umsetzungsgraden der Vinylgruppen bei gleichen Bedingungen. Die Kinetik der Polymerisationsreaktion spielt also eine entscheidende Rolle bei der Vollst{\"a}ndigkeit der organischen Vernetzung. Ein weiterer Teil dieser Arbeit richtete sich auf die Ermittlung der mechanischen Eigenschaften von hybriden Schichten und deren Korrelation mit spektroskopischen Daten. In allen untersuchten Schichtsysteme demonstrierte die chemische Variation der beteiligten Komponenten, dass die organische Vernetzung und das anorganische Netzwerk stark miteinander wechselwirken. Somit ensteht ein Synergieeffekt, welcher der hybridpolymeren Schicht ihre mechanische Best{\"a}ndigkeit verleiht. Schließlich stellte sich heraus, dass die Mikroh{\"a}rte mit den spektroskopischen Daten verkn{\"u}pft werden kann. Bei allen Schichtsystemen zeigte sich eine starke Abh{\"a}ngigkeit von Mikroh{\"a}rte und H{\"a}rtungsdauer. Alle thermisch geh{\"a}rteten Schichten weisen eine sehr hohe Abriebfestigkeit sowie eine sehr gute Adh{\"a}sion auf Glas und Kunststoff auf, was ihren Einsatz als kratzfeste Schichten nahelegt. Die UV-h{\"a}rtbaren Schichtsysteme weisen zwar eine hohe Abriebfestigkeit auf, haften aber schlecht auf Polycarbonaten (PC). Die haftungs- / enthaftungsrelevanten Vorg{\"a}nge spielen sich an der Grenzfl{\"a}chen oder einer Interphase geringer Ausdehnung statt und k{\"o}nnen daher Raman-miskrospektroskopisch nicht erfasst werden. TEM-Aufnahmen zeigten deutlich, dass die schlechte Haftung auf PC auf die unzureichende Benetzung der Schicht auf dem Substrat zur{\"u}ckzuf{\"u}hren ist. Weiterhin konnte festgestellt werden, dass der Zusatz von einem Acrylat als Additiv zur Bildung einer Interdiffusionsschicht f{\"u}hrt, die die Haftung auf PC verbessert. Die Untersuchungen der Bewitterungsbest{\"a}ndigkeit beschr{\"a}nkten sich auf zwei UV-h{\"a}rtbare Schichtsysteme. Die Mikro-Raman-Spektren zeigten, dass zun{\"a}chst die organischen Komponenten der hybriden Schicht angegriffen und gesch{\"a}digt werden. Der Schutzeffekt von Lichtstabilisatoren und UV-Absorbern auf die organischen Komponenten des hybriden Netzwerks konnte ebenfalls spektroskopisch best{\"a}tigt werden.},
  subject      = {Sol-Gel-Verfahren},
  language  = {de}
}