TY - THES A1 - Kimmig, Stefan T1 - Herstellung und Charakterisierung von SiC-Faser-verstärktem Kupfer zur Anwendung in Hochleistungswärmesenken T1 - Manufacturing and characterisation of SiC-fibre-reinforced copper in heat sink applications N2 - Die Wandmaterialien innerhalb des Plasmagefäßes zukünftiger Fusionsreaktoren sind teilweise extremen thermischen und mechanischen Belastungen ausgesetzt. Der thermisch höchstbelastete Bereich der Wand des Torusgefäßes ist der Divertor. Hier werden die anfallende Fusionsasche (Helium) und erodierte Wandpartikel aus dem Plasma entfernt, wodurch aufgrund erhöhter Teilchen-Wand-Interaktion Wärmeflüsse von bis zu 15 MW/m² erreicht werden. Wolfram gilt momentan als ideales Wandmaterial mit direktem Plasmakontakt (Plasma-Facing-Material, PFM) für diese Beanspruchungen. Unterhalb des PFM muss die Wärme möglichst effizient in das Kühlmedium übertragen werden. Im zukünftigen Experimentalreaktor ITER wird dafür eine Kupferlegierung (CuCrZr) verwendet, welche eine hohe Wärmeleitfähigkeit besitzt und für Temperaturen von bis zu 350°C unter fusionsrelevanten Bedingungen einsetzbar ist. In dieser Konfiguration kann ITER mit einer Kühlmitteltemperatur von 150°C betrieben werden. Zur kommerziellen Energiegewinnung ist dies unzureichend, da die thermische Effizienz durch eine deutliche Anhebung der Kühlmitteltemperatur verbessert werden muss. Wird der konventionelle Ansatz einer Wasserkühlung zu Grunde gelegt, ist das Ziel die Kühlmitteltemperatur auf mindestens 300°C anzuheben. In der Folge ist CuCrZr als Wärmesenkenmaterial nicht mehr einsetzbar, da verstärkte Alterung und Festigkeitsverlust im Material auftritt. Zusätzlich vergrößern sich die thermisch induzierten Spannungen in der Komponente mit höheren Temperaturen, durch unterschiedlich große thermische Ausdehnungskoeffizienten der beteiligten Materialien. Für höhere Temperaturen stellt faserverstärktes Kupfer eine mögliche Alternative dar. Die Kombination der hohen Wärmeleitfähigkeit der Kupfermatrix mit der hohen Steifigkeit und Festigkeit von Siliziumcarbidfasern soll die nötigen thermischen und mechanischen Eigenschaften des Wärmesenkenmaterials auch für Temperaturen über 350°C gewährleisten. Im Rahmen dieser Arbeit wurden zwei unterschiedlich hergestellte SiC-Verstärkungsfasertypen hinsichtlich ihrer Eignung für die Herstellung eines Kupfer-Matrix-Komposits (CuMMC) untersucht. Die Zielstellung für das CuMMC beinhaltet eine Festigkeit von 300 MPa bei 300°C sowie eine möglichst hohe Wärmeleitfähigkeit von über 200 W m-1 K-1. Beide Parameter werden stark von der Faserfestigkeit und der Anbindung zwischen Faser und Matrix beeinflusst. Die Wärmeleitfähigkeit durch das CuMMC wird von der Kupfermatrix dominiert, wodurch geringere Faservolumenanteile von Vorteil sind. Höhere Faserfestigkeit erfordert geringere Faseranteile zum Erreichen mechanischer Vorgaben, womit die erzielbare Wärmeleitfähigkeit des CuMMCs steigt. Die Faserfestigkeit wird durch Einzel-Faser- Zugversuche validiert. Darüber hinaus ist die Anbindung zwischen Faser und Matrix essentiell, um die optimale Verstärkungswirkung durch die Fasern im CuMMC zu erzielen. Zur Faser-Matrix-Anbindung werden für jeden Fasertyp unterschiedliche Zwischenschichtsysteme verwendet, die anschließend durch Einzelfaser-Push-Out-Versuche validiert werden. Sind die Voraussetzungen von Faserfestigkeit und Anbindung für einen Fasertyp erfüllt, wird dieser für die Herstellung eines unidirektional verstärkten CuMMCs verwendet, welches bezüglich seiner mechanischen und thermischen Eigenschaften charakterisiert wird. Die mechanische Charakterisierung des CuMMCs erfolgt durch Zugversuche und dehnungsgeregelte, zyklische Versuche, wobei der Fokus neben der Festigkeit auf der Plastifizierung, Verfestigung und Schädigung innerhalb des CuMMCs liegt. Die thermische Charakterisierung erfolgt anhand der Wärmeleitfähigkeitsbestimmung sowohl parallel, als auch transversal zur Faserrichtung. Die mechanischen und thermischen Eigenschaften werden in Abhängigkeit von Faservolumenanteil und Temperatur untersucht. Um den Einfluss von längeren Betriebsphasen unter hoher thermischer Belastung analysieren zu können, wird das CuMMC bei 550°C für 400 h ausgelagert und anschließend wiederum mittels Vergleich seiner mechanischen und thermischen Eigenschaften auf mögliche Schädigungen untersucht. Zur Begutachtung von Schliff- und Bruchflächen zur Schadensanalyse stehen als bildgebende Untersuchungsmethoden neben Lichtmikroskopen ebenso Rasterelektronenmikroskope (REM) zur Verfügung. N2 - The wall materials in future fusion reactors will be operating under extreme thermal and mechanical load conditions. The divertor region of such a device is the most severely loaded component. This part is exposed to heat fluxes of up to 15 MW m-² due to the impinging plasma particle flux. Tungsten is currently considered as the best choice for the plasmafacing- materials (PFM) in the divertor region. An efficient heat sink material is required underneath the PFM for sufficient heat transfer to the cooling channels. In the research reactor ITER a copper alloy (CuCrZr) is foreseen as heat sink material, which is able to withstand temperatures of up to 350°C, corresponding to a water coolant temperature of 150°C. For the commercial use of fusion energy an increase of the thermal efficiency is necessary by increasing the coolant temperature to over 300°C. This will cause higher stresses in the connection area between PFM and the heat sink due to different coefficients of thermal expansion combined with higher temperatures. The mechanical properties of CuCrZr are insufficient for these conditions and fibre reinforced copper metal matrix composites (CuMMC) are considered as an alternative material to strengthen the critical connection area between the heat sink and the PFM. The composite should combine the high heat conductivity of a copper matrix with the high stiffness and mechanical strength of silicon-carbide fibres (SiC-fibres). During this investigation SiC-fibres of two different production principles were studied regarding their usage for the manufacturing of a CuMMC. The main goals for the CuMMC are a tensile strength of 300 MPa combined with a heat conductivity of more than 200 W m-1 K-1. Both of these parameters are affected by the single fibre tensile strength and by the bonding between the fibres and the copper matrix. The achievable heat conductivity in the CuMMC depends on the fibre volume ratio within the composite. Higher fibre strength reduces the necessary fibre volume ratio and hence increases the heat conductivity of the CuMMC. The fibre strength was validated by single fibre tension tests. Furthermore, a good bonding between fibre and matrix is necessary to optimize the fibre reinforcement, which is based on load transfer between fibre and matrix. Therefore, both fibre types were coated with interlayer systems and the effectiveness of the bonding was validated by single fibre push-outtests. For those cases where fibre strength and bonding were sufficient, a unidirectional fibre reinforced CuMMC was manufactured, who’s mechanical and thermal properties were then characterised. The mechanical tests included tensile tests and strain-controlled cycling tests which gave information about strength, plasticity, hardening and the effect of damage within the CuMMC. To verify that the CuMMC heat sink material achieves the thermal requirements, heat conductivity measurements parallel and perpendicular to the fibre direction were performed. These characterizations were done as a function of fibre volume fraction in the CuMMC and temperature. To investigate the influence of long term exposure to operation temperatures, a heat treatment was carried out for 400 h at 550°C and the mechanical and thermal properties were compared to their initial values. Different optical microscopes and scanning electron microscopes (REM) were used for the analysis of crack surfaces and grindings. For the engineering design of divertor components numerical models of the used material are required. These models need to be developed by adjusting their input parameters to fit experimental results. To that end, strain-controlled cycling tests allowed the analysis of the copper matrix hardening behaviour. This is necessary to understand stress development during operational load cycles of the CuMMC. The comparison of room temperature tests with 300°C tests showed the effects of fabrication-induced residual stress in the CuMMC. KW - Kupfer KW - Faserverstärkung KW - Metallmatrix-Verbundwerkstoff KW - Kühlkörper KW - Komposite KW - copper KW - fibre-reinforcement KW - SiC KW - heat sink KW - metall-matrix-composite KW - Siliciumcarbid KW - MMC Y1 - 2013 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-85123 ER - TY - JOUR A1 - Harter, Philipp A1 - Hauke, Jan A1 - Heitz, Florian A1 - Reuss, Alexander A1 - Kommoss, Stefan A1 - Marmé, Frederik A1 - Heimbach, André A1 - Prieske, Katharina A1 - Richters, Lisa A1 - Burges, Alexander A1 - Neidhardt, Guido A1 - de Gregorio, Nikolaus A1 - El-Balat, Ahmed A1 - Hilpert, Felix A1 - Meier, Werner A1 - Kimmig, Rainer A1 - Kast, Karin A1 - Sehouli, Jalid A1 - Baumann, Klaus A1 - Jackisch, Christian A1 - Park-Simon, Tjoung-Won A1 - Hanker, Lars A1 - Kröber, Sandra A1 - Pfisterer, Jacobus A1 - Gevensleben, Heidrun A1 - Schnelzer, Andreas A1 - Dietrich, Dimo A1 - Neunhöffer, Tanja A1 - Krockenberger, Mathias A1 - Brucker, Sara Y. A1 - Nürnberg, Peter A1 - Thiele, Holger A1 - Altmüller, Janine A1 - Lamla, Josefin A1 - Elser, Gabriele A1 - du Bois, Andreas A1 - Hahnen, Eric A1 - Schmutzler, Rita T1 - Prevalence of deleterious germline variants in risk genes including \(BRCA1/2\) in consecutive ovarian cancer patients (AGO-TR-1) JF - PLoS ONE N2 - Background Identification of families at risk for ovarian cancer offers the opportunity to consider prophylactic surgery thus reducing ovarian cancer mortality. So far, identification of potentially affected families in Germany was solely performed via family history and numbers of affected family members with breast or ovarian cancer. However, neither the prevalence of deleterious variants in \(BRCA1/2\) in ovarian cancer in Germany nor the reliability of family history as trigger for genetic counselling has ever been evaluated. Methods Prospective counseling and germline testing of consecutive patients with primary diagnosis or with platinum-sensitive relapse of an invasive epithelial ovarian cancer. Testing included 25 candidate and established risk genes. Among these 25 genes, 16 genes (\(ATM\), \(BRCA1\), \(BRCA2\), \(CDH1\), \(CHEK2\), \(MLH1\), \(MSH2\), \(MSH6\), \(NBN\), \(PMS2\), \(PTEN\), \(PALB2\), \(RAD51C\), \(RAD51D\), \(STK11\), \(TP53\)) were defined as established cancer risk genes. A positive family history was defined as at least one relative with breast cancer or ovarian cancer or breast cancer in personal history. Results In total, we analyzed 523 patients: 281 patients with primary diagnosis of ovarian cancer and 242 patients with relapsed disease. Median age at primary diagnosis was 58 years (range 16–93) and 406 patients (77.6%) had a high-grade serous ovarian cancer. In total, 27.9% of the patients showed at least one deleterious variant in all 25 investigated genes and 26.4% in the defined 16 risk genes. Deleterious variants were most prevalent in the \(BRCA1\) (15.5%), \(BRCA2\) (5.5%), \(RAD51C\) (2.5%) and \(PALB2\) (1.1%) genes. The prevalence of deleterious variants did not differ significantly between patients at primary diagnosis and relapse. The prevalence of deleterious variants in \(BRCA1/2\) (and in all 16 risk genes) in patients <60 years was 30.2% (33.2%) versus 10.6% (18.9%) in patients \(\geq\)60 years. Family history was positive in 43% of all patients. Patients with a positive family history had a prevalence of deleterious variants of 31.6% (36.0%) versus 11.4% (17.6%) and histologic subtype of high grade serous ovarian cancer versus other showed a prevalence of deleterious variants of 23.2% (29.1%) and 10.2% (14.8%), respectively. Testing only for \(BRCA1/2\) would miss in our series more than 5% of the patients with a deleterious variant in established risk genes. Conclusions 26.4% of all patients harbor at least one deleterious variant in established risk genes. The threshold of 10% mutation rate which is accepted for reimbursement by health care providers in Germany was observed in all subgroups analyzed and neither age at primary diagnosis nor histo-type or family history sufficiently enough could identify a subgroup not eligible for genetic counselling and testing. Genetic testing should therefore be offered to every patient with invasive epithelial ovarian cancer and limiting testing to \(BRCA1/2\) seems to be not sufficient. KW - medicine KW - Genetic causes of cancer KW - ovarian cancer KW - cancer risk factors KW - histology KW - cancer detection and diagnosis KW - breast cancer KW - genetic testing KW - human genetics Y1 - 2017 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-173553 VL - 12 IS - 10 ER -