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Calcined clays as supplementary cementitious materials (SCMs) have been identified and credited to be a viable solution in mitigating the CO2 emissions related to cement production and consumption. Calcined clays range from a variety of different clay types based on an assortment of varying minerals and compositions. While extensive data is available on kaolinitic clays (based on the 1:1 clay type), other clays such as brick clays (based on the 2:1 clay type) are currently understudied, although such clays are largely more available than the kaolinitic clays. The aim of this thesis is to draw attention to the varying compositions present in two selected brick clays in Germany and elaborate on how such compositions affect their suitability to be used as SCMs in blended cement systems. The novelty of this thesis explains the relationship between the reactivity of the bricks to their varying compositions and their suitability for their employment as SCMs. This was based on their chemical and physical transformations in the calcination temperature range 650–900 or 950 °C, and the performance of the calcined brick clays in blended cement systems measured by their heat evolution, strength development and durability-related properties. The results of their performance were compared to two kaolinitic clays with varying compositions. While the kaolinitic clays generally exhibited the best performance as SCMs, the brick clay with a lower Fe2O3 content showed promising results similar to the kaolinitic clays when an optimum calcination temperature is applied and when substituted at a moderate cement substitution rate. Thus, this finding promoted further efforts made to improve the reactivity of the brick clay by producing a mixed clay composed of 50 % brick clay (with lower Fe2O3 content) and 50 % kaolinitic clay. The mixed clay was compared to the two individual brick clays and one kaolinitic clay, whereby optimum calcination conditions were performed in large-scale simulating an industrial-scale production of SCMs. All calcined clays exhibited pozzolanic reactivity, with the performance of the brick clays inferior to the kaolinitic clay, however, the mixed clay performed very similar to the kaolinitic clay. At a similar degree of hydration compared to plain Portland cement, the good performance of the mixed clays was especially evident in the strength development and improved chloride penetration resistance, which was caused by a refinement in the pore structure in the cementitious systems. Moreover, it was deduced that not only the high surface area, but also, the solubility of Si and Al ions in the resulting calcinate of the mixed clays plays a significant role when calcined at ~600–700 °C, which points to viable options for optimal employment of brick clays in cementitious systems., Die bei der Zementproduktion freigesetzte CO2-Menge und die daraus resultierenden Folgen für das Klima machen die Entwicklung von Zementersatzstoffen mit geringerem CO2-Fußabdruck erforderlich. Als besonders vielversprechend haben sich dabei die kalzinierten Tone erwiesen. Bei diesen handelt es sich um komplexe Systeme, bestehend aus einer Vielzahl verschiedener Tonminerale in variierender Konzentration und Zusammensetzung. Während für kaolinitische Tone (basierend auf 1:1 Tonmineralarten) bereits umfangreiche Daten gesammelt werden konnten, ist der Kenntnisstand zu anderen Tonarten z.B. Ziegeltonen (basierend auf 2:1 Tonmineralarten) derzeit noch unzureichend. Besonders vor dem Hintergrund der erheblich größeren Verfügbarkeit dieser Tonarten stellt dies einen erheblichen Nachteil dar. Ziel dieser Arbeit ist es, anhand zweier Ziegeltone aus Deutschland, aufzuzeigen welche Auswirkung die unterschiedliche Zusammensetzung der Tone sowohl auf die Reaktivität als auch auf den Einsatz als Zementersatzstoffen in Mischzementsystemen hat. Entsprechende Änderungen in der Zusammensetzung der kalzinierten Tone wurden durch die Variation der Kalzinierungstemperatur im Temperaturbereich zwischen 650 °C und 900 °C bzw. 950 °C und den folglich unterschiedlich ablaufenden chemischen und physikalischen Umwandlungsprozessen der Tonminerale erreicht. Die Leistungsfähigkeit dieser Systeme wurde anhand der Wärme- und Festigkeitsentwicklung sowie den Dauerhaftigkeitseigenschaften bewertet. Als Referenzsysteme dienten zwei 1:1 Tone mit unterschiedlicher Zusammensetzung. Die bei den 1:1 Tonen erzielten Reaktivitäten waren im Vergleich zu den Ziegeltonen zwar höher, aber bei entsprechender Kalzinierungstemperatur und moderater Zementersatzrate konnten auch bei den Ziegeltonen vielversprechende Ergebnisse erzielt werden. Basierend auf diesen Ergebnissen wurden in einem weiteren Schritt Mischtone, bestehend aus kaolinitischem Ton und Ziegelton mit geringerem Fe2O3 Gehalt (50:50), untersucht. Zur Bewertung wurden die zuvor untersuchten Ziegeltone und ein 1:1 Ton herangezogen. Bei allen kalzinierten Tonen konnte die pozzolanische Reaktion nachgewiesen werden, wobei der Ziegelton die geringsten und die 1:1 Tone die höchsten Werte lieferte. Das Mischtonsysteme sind leistungstechnisch bei den 1:1 Tonen einzuordnen. Die strukturverfeinernde Wirkung des Mischtons beim Einsatz als Zementersatz in Portlandzementsystemen führte sowohl bei der Festigkeitsentwicklung als auch beim Chlorideindringwiderstand zu einer Leistungssteigerung. Zudem konnte gezeigt werden, dass nicht nur die große spezifische Oberfläche, sondern auch die hohe Löslichkeit der Si- und Al-Ionen in den Kalzinaten der bei ~600-700 °C kalzinierten Mischtone einen großen Einfluss hat und den Einsatz der Ziegeltone in zementären Systemen begünstigt. Die Möglichkeit zur Herstellung von Zementersatzstoffen im industriellen Maßstab konnte durch Versuche im Großmaßstab ebenfalls nachgewiesen werden.

Metals : open access journal 12(10), 1609 (2022). doi:10.3390/met12101609 special issue: "Special Issue "Hot Sheet Metal Forming of High Performance Materials" / Prof. Dr. Mats Oldenburg, Guest Editor; Assoc. Prof. Dr. Jens Hardell, Guest Editor; Prof. Dr. Daniel Casellas, Guest Editor", Published by MDPI, Basel

Structural elements of offshore facilities, e.g., offshore wind turbines, are subject to static and dynamic mechanical and environmental loads, for example, from wind, waves, and corrosive media. Protective coatings such as thermal sprayed ZnAl coatings are often used for protection, mainly against corrosive stresses. The Machine Hammer Peening (MHP) process is an innovative and promising technique for the post-treatment of ZnAl coating systems that helps reducing roughness and porosity and inducing compressive residual stresses. This should lead to an enhancement of the corrosion fatigue behavior. In this paper, the effect of a thermally assisted MHP process was investigated. The softening of the coating materials will have a direct effect on the densification, residual porosity and the distribution of cracks. The investigation results showed the influence of thermally assisted MHP on the surface properties, porosity, residual stresses, and hardness of the post-treated coatings. The best densification of the coating, i.e., the lowest porosity and roughness and the highest compressive residual stresses, were achieved at a process temperature of 300 °C. A further increase in temperature on the other hand caused a higher porosity and, in some cases, locally restricted melting of the coating and consequently poorer coating properties., J. Manuf. Mater. Process.;5(4)

Engineering 07(02), 73-92 (2015). doi:10.4236/eng.2015.72007, Published by Scientific Research Publ., Irvine, Calif.

Die im Rahmen dieser Dissertation durchgeführten Arbeiten befassen sich mit der experimentellen und theoretischen Untersuchung des Betriebsverhaltens von Scher- und Mischteilen bei einem Extrudersystem mit schnelldrehenden Schnecken. Für Betriebsbandbreiten in Bereichen der Hochgeschwindigkeitsextrusion ist die verfahrenstechnische Anpassung der gesamten Extrudereinheit notwendig. Mit hohen Drehzahlen werden z. B. spezielle Anforderungen an das Antriebs- oder Heiz-/Kühlsystem definiert. Ebenso stehen bei der Auslegung der Schnecke anderweitige Kriterien im Vordergrund. Schnecken, die in High-Speed-Anlagen eingesetzt werden, besitzen längere Einzugs- und Aufschmelzzonen und arbeiten gegenwertig ohne dynamische Mischelemente. Diese konnten bisher nicht an die Prozessgegebenheiten in hohen Drehzahlbereichen angepasst werden. Im Hinblick auf größere Materialbandbreiten und Schnecken mit kleineren Durchmessern sind jedoch dynamische Mischer in der Austragszone unumgänglich. Aus diesem Grund stehen im Fokus dieser Arbeit die Analyse und Optimierung der Austragszone von Einschneckenextrudern mit schnelldrehenden Schnecken. Die Untersuchung konzentriert sich auf weitverbreitete Polyolefintypen und einen Schneckendurchmesser von 35 mm. Die Größe der Schnecke resultiert aus dem in der Praxis häufig geforderten Durchsatzspektrum von etwa 200 bis 300 kg/h. Hierbei wird die Schmelzeaustragszone entkoppelt von dem Einzug und der Plastifizierzone betrachtet. Für die Untersuchungen werden Mischteile ausgesucht, die sich aufgrund ihrer Bauformen stark im Betriebsverhalten voneinander unterscheiden. Als Referenz dient eine eingängige Schnecke ohne zusätzliche Mischelemente. Die untersuchten Scher- und Mischteile werden mit Drehzahlen von bis zu 1000 U/min und Durchsätzen von bis zu 325 kg/h betrieben. Die experimentelle Analyse beinhaltet die Auswertung des Druckes, der Schmelzetemperatur und der stofflichen Homogenität in Abhängigkeit von der Drehzahl, des spezifischen Durchsatzes und des Gegendruckes. Hierbei werden die enormen Einflüsse der unterschiedlichen Mischergeometrien sichtbar. So zeigt neben der Referenzschnecke auch der N-Mischer teilweise druckaufbauendes Verhalten auf. Der TMR- und der Kreuzlochmischer dagegen konnten ausschließlich als Druckverbraucher betrieben werden. Der TMR zeigt mit steigender Drehzahl die höchste Temperaturentwicklung auf. Der N-Mischer liegt bei der Temperaturentwicklung teilweise auf dem niedrigen Niveau der Referenzschnecke. Die stoffliche Homogenität wird mit steigender Drehzahl bei allen vorgestellten Systemen verbessert. Zusätzlich wird bei der experimentellen Untersuchung eine Methode zur ganzheitlichen Beurteilung der thermischen Homogenität des Extrudates vorgestellt, die auf der Infrarotthermometrie basiert. Diese ist mit Hinblick auf die Untersuchungsziele besonders interessant. Der Vergleich mit unterschiedlichen Temperatur-Messmethoden zeigt dabei die enormen Vorteile dieses Verfahrens. Anhand der neuartigen Analysemöglichkeit werden die Einflüsse von Verfahrensparametern (wie Gegendruck oder spezifischer Massedurchsatz) auf die thermische Homogenität diskutiert. Aufbauend auf dieser Auswertemethode konnte erstmalig ein qualitativer Zusammenhang zwischen der stofflichen und thermischen Homogenität hergestellt werden. Die experimentelle Untersuchung wird durch dreidimensionale, nicht-isotherme und nicht-newtonsche CFD-Simulationen unterstützt. Dabei werden bei allen Mischern eine hohe Netzqualität und somit auch eine Berechnungsrobustheit erreicht. In einer Parameteranalyse werden zahlreiche Einflüsse auf die Berechnungsqualität erörtert. Hierzu gehören sowohl softwareinterne Einstellungen als auch Materialparameter und thermische Randbedingungen. Da die letzteren teilweise nicht zur Verfügung stehen, muss das thermodynamische Verhalten teils abgeschätzt oder iterativ ermittelt werden. Sind die erforderlichen Größen bekannt, kann das Systemverhalten sehr genau berechnet werden. Die durchgeführten Simulationen werden anhand der experimentell ermittelten Größen (Druck und Temperatur) validiert und zeigen sehr gute Übereinstimmungen. Für die Auswertung der stofflichen Homogenität anhand der Simulationsergebnisse werden einige Kriterien vorgestellt und analysiert. Dazu werden Systemgrößen wie Verweilzeiten oder Schub- und Dehnspannungen entlang von Bahnlinien ausgewertet. Bis auf die höheren Werte des TMR-Mischers werden bei allen anderen Mischern keine signifikanten Unterschiede in der Verweilzeitcharakteristik festgestellt. Die Gegenüberstellung der lokalen Spannungsmaxima zeigt bei allen Mischern für höhere Drehzahlen stark ansteigende Werte, die sich teilweise negativ auf die Eigenschaften des Endproduktes auswirken können. Werden alle experimentellen und theoretischen Ergebnisse zusammengefasst, so ergeben sich einige interessante Ansätze für die Auslegung von Extrudern mit schnelldrehenden Schnecken. Hier bietet z. B. der N-Mischer hohes Entwicklungspotenzial. Andere Konzepte, wie der Kreuzlochmischer sind zwar ebenfalls für Hochgeschwindigkeitsanwendungen denkbar, hierbei sollten jedoch einige verfahrenstechnische Einschränkungen berücksichtigt werden. Neben der Berechnung der Scher- und Mischteile werden für die untersuchte Referenz-Schneckengeometrie einige geometrisch abgeänderte Varianten untersucht. Anhand der Simulationen werden grundsätzliche Abhängigkeiten der Drehzahl auf das Betriebsverhalten bei unterschiedlichen Gangtiefen und Gangsteigungen vorgestellt. Hierbei sind für Anwendungen mit schnelldrehenden Schnecken vor allem die Varianten mit größerer Gangsteigung (1,3D) von Bedeutung. Diese zeigen mit steigenden Drehzahlen eine hohe druckaufbauende Wirkung bei durchschnittlichem Temperaturanstieg. In the focus of this dissertation stands the experimental and theoretical investigation of the operating performance of mixing elements in single-screw extruders with high rotating screws. For processing ranges in areas of high-speed, the technical adjustment of the whole extrusion line is needed. With high revolution speeds, other demands for the drive or heating/cooling system are defined. In addition, other criteria are required for the screw design. High-speed extruder screws need longer feeding and melting section and work without dynamic mixing elements. Mixers could not be adapted up to now to the process requirements. Nevertheless, with regard on bigger material bandwidth and screws with smaller diameters dynamic mixers are unavoidable. For this reason, the focus of this work is to analyze and optimize the metering section of single screw extruders with high rotating screws. The investigation focuses on widespread polyolefin and a screw diameter of 35 mm. The size of the screw results from the in practice often required throughput range from about 200 to 300 kg/h. For the experiments mixing elements are chosen, which differ greatly because of their designs and the operating performance. The investigated mixing elements run at speeds of up to 1000 rpm and throughputs of up to 325 kg/h. The experimental analysis includes the evaluation of pressure, melt temperature and material homogeneity, depending on the screw speed, the specific flow rate and back pressure. In the experimental investigation the influence of the different mixing geometries are visible. Thus, besides the reference screw also the N-Mixer shows partially pressure-building behavior. The TMR and the cross-hole mixer could only be operated on the loss-of-pressure conditions. Increasing the screw speed, the TMR shows the highest temperature development. At the temperature development, the N-Mixer is partly due to the low level of the reference screw. The material homogeneity improves with increasing screw speed for all analyzed systems. Beside the evaluation of typical processing parameters, like pressure and melt temperature a new method for the practical investigation of the thermal homogeneity is presented. The comparison with various temperature measuring techniques shows the enormous benefits of this procedure. This is especially interesting with regard on the investigation aims. In this work influence on the thermal and material homogeneity are discussed and the correlation between these two dimensions are worked out. The experimental investigation is supported by three-dimensional, non-isothermal and non-newtonian CFD-Simulations. Furthermore, numerous influences on the calculation quality are discussed, including software-internal settings, as well as material parameters and thermal boundary conditions. Considering the fact that thermal boundary conditions are not available, the thermodynamic behavior can be partly estimated or determined iteratively. Are the required variables known, the system behavior can be calculated very accurately. The simulations are validated with the help of the experimentally ascertained data (pressure and temperature) and show good agreement. From the simulation results, different mixing criteria are derived and discussed. These system variables such as residence time, shear and tensile stress are evaluated along the path lines. With the exception of the higher values of TMR mixer, with all other mixers are no sig-nificant differences found in the residence time characteristics. From all experimental and theoretical investigations, some interesting approaches result for the design of screws for high rotating screw extruders. Here, for example, the N-mixer has a high development potential. Other concepts, such as the cross-hole mixers, are also feasible for high-speed applications; in this case, however, certain procedural limitations are considered. Beside the calculation of the mixing elements, some geometrical variations of the reference screw are examined. By use of simulations, for high-speed ranges basic interrelations between the screw flight deep and pitch and the processing behavior are investigated. For applications with high rotating screws, especially the variants with a greater pitch (1.3 D) are important. At higher screw speeds these design shows a high pressure-building effect and average temperature rise.

Josef Rathbauer Zsfassung in engl. Sprache Wien, Univ. für Bodenkultur, Diss., 2009 OeBB

Die Funktion biologischer Peptide und Proteine hängt wesentlich von deren intakten molekularen Struktur ab. Krankheiten, wie z.B. Alzheimer oder Diabetes, entstehen durch fehlgefaltete, aggregierte Peptidstrukturen. Die Ausbildung einer nativ gefalteten Konformation wird durch die Formierung von Sekundärstrukturelementen - in charakteristischer Weise angeordnete lokale Strukturen - initiiert und bildet einen geschwindigkeitslimitierenden Schritt in der Proteinfaltung. Die Erforschung und Analyse dieser ersten Faltungsprozesse ist deshalb von grundlegender Relevanz in der biophysikalischen Forschung, auch in Hinblick auf pharmazeutisch-medizinische Anwendungen. Bei der Untersuchung des Faltungsmechanismus kommen vor allem kleine Peptide mit eindeutig ausgebildeten Sekundärstrukturmotiven zum Einsatz. Ihre geringe Größe und strukturelle Eindeutigkeit machen diese kleinen Peptide zu idealen Modellsystemen, um diejenigen Faktoren zu untersuchen, die die Proteinfaltung steuern und beeinflussen. Die zur Untersuchung der Faltungsprozesse verwendeten Techniken müssen dabei sowohl eine Spezifität für die unterschiedlichen Strukturelemente, als auch eine der Faltungsdynamik angemessen Zeitauflösung besitzen. Im Rahmen dieser Arbeit wurden CD- und FTIR-Messungen zur Untersuchung der Strukturstabilität von Polypeptiden unter Gleichgewichtsbedingungen durchgeführt. Durch Variation von pH-Wert und Temperatur wurden damit Stabilitätseigenschaften ausgewählter Peptidsysteme analysiert. Um zeitaufgelöste Faltungsdynamiken von Peptiden detektieren zu können, wurde ein Spektrometer mit Laser-induziertem Temperatursprung (DeltaT ca. 10 °C in 10 ns) und IR-Einzelwellendetektion so modifiziert und optimiert, dass Peptiddynamiken im nanosec bis microsec Zeitbereich gemessen werden konnten. Neben der Modifikation der Temperatursprung-Apparatur, bei der optische Komponenten ersetzt und Störsignale reduziert wurden, konnte auch die Auswertung der kinetischen Daten durch die Entwicklung eines geeigneten Algorithmus verbessert werden. Als notwendige Vorarbeit der Faltungsstudien an Peptiden in wässriger Lösung wurden statische FTIR-Absorptionsmessungen am Lösungsmittel D2O durchgeführt. Dadurch wurden die durch Temperaturvariation erzeugten Absorptionsänderungen des Lösungsmittels ermittelt. Diese wurden zudem zur Kalibrierung des Laser-induzierten Temperatursprunges verwendet. Um Lösungsmittelabsorptionen von strukturellen Änderungen des Peptids zu trennen, wurde ein Auswerteverfahren entwickelt, das die temperaturabhängigen Absorptionsänderungen des Lösungsmittels berücksichtigt. Temperatur- und pH-abhängige Konformationsdynamik wurde am alpha-helikalen Peptid Polyglutaminsäure untersucht. Zunächst wurden CD- und FTIR-Messungen zur Thermostabilität und der Reversibilität der Ent- und Rückfaltung unter Gleichgewichtsbedingungen und bei unterschiedlichen pH-Werten durchgeführt. Der thermisch induzierte Strukturübergang von alpha-Helix nach ungeordneter Knäuel-Struktur wurde mit Hilfe der Laser-induzierten Temperatursprung-Technik zeitaufgelöst untersucht und Relaxationsraten bei verschiedenen pH-Werten bestimmt. Weitere Messungen zur Konformationsstabilität und –dynamik wurden an beta- Hairpin-Peptiden durchgeführt, die kleine Modellsysteme für beta-Faltblattstrukturen darstellen. Die in dieser Arbeit untersuchten Trpzip2C Peptide, die aufgrund hydrophober Wechselwirkungen der Tryptophane eine stabile beta-Hairpin-Struktur in wässriger Lösung ausbilden, waren an verschiedenen Positionen innerhalb der Aminosäure-sequenz selektiv isotopenmarkiert. Durch diese Markierungen im Peptidrückgrat werden spezifisch spektrale Änderungen im Infrarotspektrum erzeugt, die Untersuchungen zur Amidbandenkopplung und lokalisierten Strukturdynamik ermöglichen. Diese Ergebnisse stellen die erste Anwendung der Kombination von selektiv isotopenmarkierten alpha-Hairpin-Peptiden und der Temperatursprung-Technik dar, um Konformationsdynamiken ortsaufgelöst zu untersuchen. Für alle untersuchten Trpzip2C-Peptidvarianten konnte gezeigt werden, dass der Faltungsprozess in einem Temperaturbereich unterhalb von ~ 300 K nicht durch ein Zwei-Zustandsmodell beschrieben werden kann, sondern Intermediate gebildet werden. In diesem Temperaturbereich konnten wellenlängenabhängig Unterschiede in Relaxationsraten gemessen werden, die die Hypothese des „hydrophoben Kollaps“ für den Faltungsmechanismus dieser beta-Hairpin-Peptide unterstützen. The function of biological peptides and proteins is essentially determined by their molecular structure. Diseases like Alzheimers disease or diabetes arise from misfolded and aggregated peptide structures. The formation of a native folded conformation is initiated by the formation of secondary structure elements – local structures folded in a characteristic way –, which determines the speed limit of protein folding. Therefore, the investigation and analysis of these initiating folding processes are of fundamental relevance in biophysical research and also important for pharmaceutical-medical applications. Studies on the folding mechanism are performed in particular with small peptides having well defined secondary structure motives. Their small size and structural uniqueness make these peptides ideal model systems to study the factors which control and affect the folding process. Spectroscopic techniques are required that provide both, the specificity for different structural elements as well as an appropriate time resolution for the detection of the folding dynamics. Within this work, CD- and FTIR-measurements were performed to study the structural stability of polypeptides at equilibrium conditions. Selected peptide systems were analyzed by variation of pH-values and temperature. For the detection of time-resolved folding dynamics of peptides, a spectrometer with a laser-induced temperature-jump (DeltaT ca. 10 °C in 10 ns) and IR-single wavelength detection was modified and optimized, so that it became possible to determine peptide dynamics in the time region of nanosec up to microsec. Besides the modification of the optical components, perturbation signals were reduced and an algorithm for the analysis of the kinetic data was developed. As preliminary studies on peptides in aqueous solutions FTIR-absorption measurements were performed with the solvent D2O. With these equilibrium experiments, absorption changes induced by temperature variation could be determined. The results were used for the calibration of the laser-induced temperature-jump. Furthermore, an analysis procedure was developed which considers the temperature dependent absorption changes of the solvent in order to separate and subtract the absorption changes of the solvent from those induced by structural variations of peptides. Temperature and pH dependent conformational dynamics were studied on the alpha-helical peptide polyglutamic acid. First, CD- and FTIR-measurements were performed to determine the thermostability and reversibility of the unfolding and folding process at equilibrium conditions and different pH-values. The thermal induced structural transition from alpha-helix to coil-structure was studied afterwards by time-resolved measurements with the laser-induced temperature-jump technique. Relaxation rates were determined at different pH-values. Further experiments on the stability of peptide conformations and dynamics were performed with beta-hairpin peptides, which represent small model systems of beta-sheet structures. The studied trpzip2C-peptides, which form a stable beta-hairpin structure in aqueous solution due to the hydrophobic interaction of the tryptophanes, contained isotope labels at different positions within the amino acid sequence. The selective labeling of the peptide backbone induces specific spectral changes in the infrared spectra which enable the investigation of amide band coupling and local structure dynamics. These results represent the first application of selectively isotopically labeled beta-hairpin peptides combined with the temperature-jump technique to study local conformational dynamics. It was shown that the folding process of all trpzip2C-peptide variants could not be described by a two state folding model in a temperature region below ~ 300 K since intermediate states occur. In this low temperature region, wavelength dependent differences of relaxation rates have been measured. The results support the hypothesis of a hydrophobic collapse model for the folding mechanism of these beta-hairpin peptides.

In der vorliegenden Arbeit werden die Eigenschaften des Piezoaktors im Großsignalbetrieb untersucht und modelliert. Ein neues automatisiertes Messsystem, das aus mechanischem Aufbau, Ansteuerelektronik, Messschaltungen und rechnergestützter Steuerung besteht, wurde entwickelt. Im Verlauf der Arbeit wird die Komplexität der Modellierung schrittweise erhöht, um die verschiedenen Eigenschaften in das Modell zu integrieren. Anhand der Messergebnisse wird zunächst ein geeigneter Modellansatz für das physikalische Grundprinzip der Piezoelektrizität gewählt. Anschießend werden die Arbeitspunktabhängigkeit, die unsymmetrische Hysterese, der Einfluss der Massenträgheit bei konstanter Raumtemperatur untersucht und modelliert. Abschließend erfolgt die Untersuchung des Temperaturverhaltens des Piezoaktors. Nach jeder Erweiterung wird die Qualität des Modells durch Vergleich zwischen Simulation und Messung bewertet.

The present work reports on thermal low-temperature properties of rare earth transition metal borocarbides such as specific heat, thermal conductivity and thermopower. The influence of structural disorder, caused by stoichiometric variations and substitutions of the rare earth element or the transition metal, on the thermal and superconducting low-temperature properties is investigated. The structural disorder results in the reduction of the superconducting transition temperature Tc, of the Sommerfeld value gamma, of the upper critical magnetic field Hc2(0), of the negative curvature of the H-dependence of the T-linear specific heat contribution gamma(H), and in the reduction of the positive curvature of Hc2(T) near Tc. But isoelectronic rare earth substitutions do not result in the transition from clean to dirty limit. Due to Pt-substitutions similar reductions of thermal and superconducting properties are observed. The behaviour of Hc2(0) and the concentration dependence of the positive curvature of Hc2(T) near Tc point to the transition from clean to quasi-dirty limit in the case of Pt-substitutions. In der vorliegenden Arbeit werden Untersuchungen zu thermischen Tieftemperatureigenschaften, wie der spezifischen Wärmekapazität, der Wärmeleitfähigkeit und der Thermokraft, an supraleitenden Seltenerd-Übergangsmetall-Borkarbiden vorgestellt. Es wurde der Einfluß von gezielt hervorgerufener Unordnung im kristallographischen Aufbau, die durch isoelektronische Substitutionen des Seltenerd-Elements und des Übergangsmetalls sowie durch Söchiometrievariationen erzeugt wurde, auf die thermischen und supraleitenden Tieftemperatureigenschaften untersucht. Folge der strukturellen Unordnung ist eine Reduzierung der charakteristischen Eigenschaften, wie der Sprungtemperatur der Supraleitung Tc, der Sommerfeldkonstanten gamma, des oberen kritischen Magnetfelds Hc2(0), der negativen Krümmung in der Feldabhängigkeit des T-linearen Beitrags zur spezifischen Wärme gamma(H) sowie eine Reduzierung der positiven Krümmung in der Temperaturabhängigkeit von Hc2(T). Isoelektronische Substitutionen auf dem Seltenerd-Platz führen aber nicht zum Erreichen des dirty limit. Eine Reduzierung der relevanten supraleitenden und thermischen Eigenschaften durch Pt-Beimengungen wird ähnlich wie im Falle der Lu-Substitution festgestellt. Die Konzentrationsabhängigkeit von Hc2(0) sowie die Krümmung von Hc2(T) weisen hier auf einen Übergang vom clean limit zum quasi-dirty limit durch die Pt-Substitution hin.

Die Temperaturverhältnisse beim Ziehen und Wärmebehandeln von Draht werden mit mathematisch-analytischen Methoden auf der Grundlage der FOURIERschen Wärmeleitungsgleichung eingehend untersucht. Insbesondere wird unter den spezifischen Wärmeübergangsbedingungen zwischen Draht und Ziehdüse sowie zwischen Draht und Ziehtrommel deren thermische Wechselwirkung analysiert. Ein Näherungsverfahren zur Berechnung der Drahttemperaturen in Zugfolgen unter Berücksichtigung des Ziehdüseneinflusses wird angegeben und mit einem Beispiel zum Nassziehen stark verzinkten Stahldrahts illustriert. Aus geschwindigkeitsabhängig gemessenen Änderungen des Drahtdurchmessers werden unter thermoelastischer Ziehringdurchmesserkorrektur Schmierfilmdicken bestimmt. Diffusionsgleichungen werden analysiert und ein Zusammenhang zur Reaktionskinetik wird hergestellt. Ein neues reaktionskinetisches Werkstoffmodell, das insbesondere auch im Falle stärker anisothermer Verhältnisse, also bei Kurzzeitwärmebehandlung anwendbar ist, wird vorgestellt.

Im Hochvakuum durch thermisches Verdampfen erzeugte polykristalline Schichten aus den organischen Molekülen: Kupferphthalocyanin (CuPc), N,N'-Dimethyl-Perylendicarboximid (MPP) und Fulleren (C60), werden mittels Transmissions- und Reflexionsspektroskopie auf ihre optischen Eigenschaften hin untersucht und die optischen Konstanten bestimmt. Durch die Abscheidung auf Spaltstrukturen und in Mehrschichtform kann das elektrische Gleichstromverhalten dieser Substanzen in Abhängigkeit von Beleuchtung und Probentemperatur analysiert werden. Die durch die Einbettung von Metallclustern (Gold, Kupfer, Silber) hervorgerufenen Veränderungen besonders im optischen, aber auch im elektrischen Verhalten, werden durch den Vergleich der Meßergebnisse mit ungestörten Proben erhalten. Die Untersuchung der Morphologie mittels TEM-Aufnahmen zeigt, daß die Clusterabmessungen und -formen in Abhängigkeit von der gewählten Materialkombination stark variieren können. Ramanmessungen an Mischsystemen zeigen, neben der für Silber erwarteten Erhöhung des molekularen Signals, auch Kupfer- und Goldeinlagerungen SERS-Effekte. Beim Einbau von Metallclustern in organische Einschichtsolarzellen konnte deren Wirkungsgrad bei Beleuchtung mit einem Sonnensimulator (AM2) bis zu einem Faktor ca. 3 erhöht werden.