Dagmar Hülsenberg

Microstructuring of glasses

Fundamentals of Inorganic Nonmetallic Glasses and Glass Processing.- Silicate Glasses: A Class of Amorphous Materials.- Thermodynamic Phenomena in Glass.- Melting and Forming Glass Half Products for Microstructuring.- Geometrical Microstructuring of Glasses and Applications.- to Geometrical Microstructuring.- Mechanical Structuring Processes.- Chemical and Complex Structuring Processes.- Thermal and Thermomechanical Structuring Processes.- Microstructuring Glasses Using Lasers.- Geometrical Photostructuring.- Joining Methods for Glass Based Microdevices.- Properties and Selected Applications of Microstructured Glass Devices.

Oxide fiber reinforced glass : A challenge to new composites

The brittle nature and low fracture resistance of glass and ceramic materials limit their use in engineering applications. To achieve a tougher glass material, oxide fiber reinforced glass composites were synthesized by slurry infiltration and hot pressing. Significant increases in bending strength and work-of-fracture have been noticed for fiber reinforced glass matrix composites with carbon coated fibers. These effects are related to the low bonding between fiber and matrix, caused by the fiber coating.

Glasses for microsystems technology

Abstract For insulating and encapsulating silicon microdevices Pyrex glasses play an important role. The disadvantages of Pyrex glasses are their bad microstructurability and the relatively high anodic bonding temperature. When joining them with materials other than silicon there is the danger of microstresses and cracks in the boundary between these materials and Pyrex glasses. Therefore, we have developed two groups of microstructurable glasses with a wide range of thermal expansion coefficients. One type may be microstructured by a modified LTV-lithographic technology, the other by using a NdYAG laser.

Influence of Varying the Powder Loading Content on the Homogeneity and Properties of Extruded PZT-Fibers

In this study PZT-green fibres containing 50, 54 and 58 vol.% PZT powder were extruded. The influences on the mixing torque, the apparent shear rate and the extrudability were investigated and a theoretical maximum powder loading content was calculated using a model introduced by Frankel and Acrivos. The influence of powder loading content on the microstructure (porosity and grain size), the phase composition and on the final ferroelectric properties of sintered PZT fibres was investigated. The measurements revealed that the production of PZT fibres with homogeneous properties requires a minimum powder loading content of 58 vol.% PZT powder.

Influence of Fibre Diameter on the Microstructure and the Piezoelectric Properties of PZT-Fibres

Lead zirconate titanate (PZT) fibres with diameters between 70 and 300 μm have been extruded and sintered at 1200°C in a PbO-enriched atmosphere. Subsequently, the influence of fibre diameter on the microstructure (porosity and grain size) was investigated. The measurements revealed that with decreasing fibre diameter, the porosity decreases whereas the grain size increases. The influence of these microstructural differences on the piezoelectric properties was evaluated using a novel characterisation procedure for single PZT fibres. Fibres with an as-extruded diameter of 100 μm developed an average maximum strain of 3800 ppm at an applied electrical field of 3 kV/mm and exhibited the best performance for all fibres processed with the chosen sintering parameters.

Technische Entwicklungen, die erst durch Keramikwerkstoffe möglich sind

Keramikerzeugnisse kommen in kompakter Form, als Schichten, Fasern oder Kornung (bis in den nm-Bereich) oder auch als Bestandteil von Verbundwerkstoffen vor. Unter „Keramik“ versteht man meist einen chemisch bestandigen, bei hohen Temperaturen mechanisch stabilen, elektrisch isolierenden, nicht durchsichtigen, warmeisolierenden, aber auch leicht zerbrechlichen Werkstoff. Diese Aussagen treffen heute nicht mehr uneingeschrankt zu. Man hat neben den traditionellen auch Keramikwerkstoffe mit hervorragender Warmeleitfahigkeit, optisch vollig transparent, aber auch elektrisch halbleitend oder leitend (auf der Basis von Ionen- oder auch Elektronenleitfahigkeit) entwickelt. Weiterhin existieren schadenstolerante Verbundwerkstoffe mit einer Keramikmatrix. Keramikwerkstoffe weisen bei anderen Werkstoffen nicht mogliche Eigenschaftskombinationen auf, z. B. warmeleitend und gleichzeitig elektrisch isolierend oder magnetisch und gleichzeitig elektrisch isolierend.

Keramikwerkstoffe in den verschiedenen Epochen – eine Übersicht

In der offentlichen Wahrnehmung versteht man unter dem Begriff Keramikwerkstoffe in der Regel solche, die auf der Basis toniger Erden (Tone, Kaoline und Lehme) hergestellt werden. Man nennt sie auch Ton-Keramiken. Dazu zahlen Geschirr, Ziegel, Kanalisationsrohre oder auch Figuren, d. h. Gebrauchsgegenstande, kunstlerische Erzeugnisse und Baumaterialien, die man schon in primitiven Anfangen vor etwa 30.000 Jahren herstellen konnte. Zwischen 1850-1950 wurde schrittweise der Einsatz von Keramik-Werkstoffen in der Technik erschlossen. Es entstanden Oxid- und Nichtoxid-Keramiken. Seit 1950 erfolgte eine rasante Entwicklung der Keramik-Werkstoffe, die bis heute anhalt.

Silikat-Keramiken für technische Anwendungen

Der Hauptbestandteil von Silikat-Keramiken ist SiO2, das mit anderen Oxiden, vielfach Al2O3, Silikate bildet. Obwohl SiO2 auch ein Oxid ist, wird die Silikat-Keramik als eine gesonderte Gruppe der Keramik-Werkstoffe behandelt. Der Grund besteht u. a. im Einsatz toniger Rohstoffe (Tone und Kaoline), die eine plastische Formgebung z. B. durch Drehen ermoglichen (Abschn. 3.3.2). Diese Rohstoffe kommen in der Natur vor, werden bergmannisch gewonnen und unterliegen einer Aufbereitung (Abschn. 3.2). Zur Herstellung sind aber auch unplastische Rohstoffe, wie Tonerdehydrat, Talkum und Bariumkarbonat, erforderlich. Neben technischem Porzellan wird auf Cordierit-, Steatit- und Mullit-Keramik eingegangen.