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Förderpreise für Nachwuchswissenschaftler 2004

01.11.2004


Im Rahmen der feierlichen Immatrikulation am 29. Oktober wurden an der TU Clausthal die Förderpreise des Vereins von Freunden, des Deutschen Akademischen Auslandsamtes und der Eberhard-Schürmann Stiftung verliehen.



Der Clausthaler Physiker Jochen Unland wurde am 29. Oktober für seine Diplomarbeit "Phasenstabilität von Indiumnitrid und Galliumnitrid und thermodynamische Modellierung des Systems Gallium - Stickstoff" mit dem Eberhard-Schürmann-Preis 2004 ausgezeichnet.



Aus Galliumnitrid konnte vor einigen Jahren zum ersten Mal ein Laser entwickelt werden, der kurzwelliges blaues Licht aussendet und damit eine vier Mal höhere Informationsspeicherdichte auf optisch auslesbaren Datenträgern, also CDs, ermöglicht. Leuchtdioden auf Nitrid-Halbleiter-Basis würden nur etwa 10 Prozent der Energie einer Glühlampe verbrauchen und darüber hinaus fast ewig halten.

Jochen Unland untersuchte bei welchen Druck- und Temperaturbedingungen Indiumnitrid und Galliumnitrid im festen Zustand vorliegen. Außerdem konnte er einen ersten groben Wert für die Zersetzungstemperatur bestimmen. Die Kenntnis des Phasendiagramms dieser neuartigen Halbleiter-Gruppe, zu dem die Diplomarbeit einen wesentlichen Beitrag liefert, ist von hohem technischen Aussagewert, weil die Herstellung entsprechender optoelektronischer Bauteile Prozesse einschließt, bei denen die Materialien im festen, flüssigen und gasförmigen Zustand in der Nähe der Gleichgewichtsbedingungen vorliegen.

Die Arbeit wurde im Institut für Metallurgie unter Betreuung von Prof. Dr.-Ing. Rainer Schmid-Fetzer angefertigt.

Dipl.-Ing. Markus Krieger wurde für seine bei der Salzgitter Flachstahl GmbH und am Institut für Werkstoffkunde und Werkstofftechnik (Prof. Dr. Juri Estrin) angefertigte Diplomarbeit "Bake-Hardening bei kalt gewalzten Mehrphasenstählen" ebenfalls mit dem Förderpreis der Eberhard-Schürmann Stiftung ausgezeichnet.

Der Trend zum Leichtbau im Automobilbau, welcher in der Forderung nach einer Senkung des Treibstoffverbrauchs begründet ist, bei gleichzeitiger Verbesserung der Fahrzeugsicherheit, verlangt nach der Entwicklung neuer Werkstoffkonzepte. Ein Beitrag hierzu ist der Einsatz von höherfesten Mehrphasenstählen, bei denen das gewünschte Eigenschaftsprofil durch eine gezielte Einstellung eines Materialgefüges aus verschiedenen Phasen wie Ferrit, Martensit und Bainit einstellbar ist. Diese Stähle lassen sich in einer konventionellen Durchlaufglühe oder auf einer neuen Art von Feuerverzinkungslinie erzeugen.

Im Rahmen der Diplomarbeit wurden kaltgewalzte Stähle unterschiedlicher chemischer Zu-sammensetzung, sowohl aus dem laufenden Betrieb, als auch aus Laborschmelzen, in einem Glühsimulator wärmebehandelt, wobei unterschiedliche Temperaturverläufe kontinuierlicher Glühanlagen simuliert wurden. Das auf diese Weise erzeugte Material wurde im Hinblick auf seine Mikrostruktur und die mechanischen Eigenschaften untersucht. Zusammenhänge zwi-schen chemischer Zusammensetzung, der durchgeführten Wärmebehandlung, der dabei ent-stehenden Mikrostruktur und schließlich der daraus resultierenden Eigenschaften konnten erfasst werden.

Zusätzlich erfolgte eine Untersuchung des Bake-Hardening-Potenzials dieser Mehrphasen-stähle. Unter Bake-Hardening versteht man einen Anstieg der Streckgrenze z.B. von Karosse-rieblechen infolge einer zusätzlichen Wärmebehandlung, typischerweise im Bereich der Lackeinbrenntemperatur von 170 °C. Dieser Festigkeitszuwachs beruht auf der Blockade von Versetzungen durch im Gefüge gelösten Kohlenstoff. Wichtige Einflussgröße für den zu er-zielenden Streckgrenzenanstieg ist neben der Temperatur und Zeit dieser Wärmebehandlung auch die Höhe der davor stattfindenden Verformung. Die Charakteristik des Bake-Hardenings in Abhängigkeit von der Vorverformung konnte für verschiedene chemische Zusammenset-zungen und verschiedene Wärmebehandlungszyklen von Durchlaufglühe und Feuerverzin-kung beschrieben werden.

Der dritte Preisträger der Eberhard-Schürmann-Stiftung ist Dipl.-Ing. Andreas Janz mit seiner Arbeit "Beitrag zur Optimierung des Schrotteinsatzes im LD-Konverter."

Der Werkstoff Stahl beansprucht für sich, bei einer Recyclingrate von ~ 70 % in den entwickelten Ländern, das am meisten recycelte Material in der Welt zu sein. Der Einsatz von Stahlschrott wird jedoch aufgrund der immer weiter steigenden Anforderungen an die Eigenschaften von Stahl bei gleichzeitig ansteigender Verunreinigung des verfügbaren Schrotts mit den verschiedensten Spurenelementen zunehmend schwieriger. Zum gegenwärtigen Zeitpunkt ist kein im industriellen Maßstab nutzbares Verfahren verfügbar, mit dem sich für die Stahlqualität schädliche Spurenelemente aus Stahlschmelzen entfernen lassen. Gleichzeitig wird Schrott aufgrund der hohen Nachfrage zunehmend teurer. Ziel dieser Arbeit war es daher, den Einfluss der Schrottqualität auf die Spurenelementkonzentration im Rohstahl zu untersuchen, indem Herkunft und Verteilung der Spurenelemente bestimmt wurden. Mit dieser Arbeit wurden die metallurgischen Grundlagen untersucht und der vorhandene Datenbestand gesichtet sowie grundlegend ausgewertet und dabei verschiedene Streuungsursachen identifiziert. Die Spurenelementgehalte in den verschiedenen Schrottsorten konnte für die wesentlichen Elemente Kupfer, Chrom und Nickel bestimmt werden, für weitere Elemente konnten erste Abschätzungen erreicht werden.
Die Untersuchungen haben gezeigt, wie das bisherige Schrottmodell beim betreuenden Unternehmen Stahlwerke Bremen GmbH wesentlich verbessert werden kann und damit erhebliche Kosteneinsparungen zu realisieren sind.

Dipl.-Geol. Michael Schäfer wurde mit dem Förderpreis des Vereins von Freunden 2004 ausgezeichnet.

Schäfer hat im Zuge seiner Diplomarbeit zwei Methoden entwickelt, mit denen aus Satellitenbildern Informationen über die Größe und Temperaturen von Flözbränden im nordchinesischen Steinkohlenrevier gewonnen werden können, sogar wenn diese kleiner als ein Bildpunkt des Satellitenbildes sind (Subpixel-Bereich). Die Diplomarbeit wurde betreut von Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Busch und Dr.-Ing. Christian Fischer am Institut für Geotechnik und Markscheidewesen.

Allein in China verbrennen jedes Jahr etwa vier Fünftel der deutschen Steinkohlenförderung, eine viel größere Menge wird zudem für die Förderung unbrauchbar. Eine Fernerkundung mittels Satellitendaten im Wellenlängenbereich des thermalen Infrarots bietet sich an zur großräumigen Erfassung bestehender oder neu entstehender Brandherde, sowie ihrer räumli-chen Veränderungen mit der Zeit, in den in China oftmals schwer zugänglichen und dünn be-siedelten Gebieten. Sie funktioniert bislang jedoch nicht zufrieden stellend, weil die Pixelauf-lösung ziviler Satellitensensoren im thermalen Infrarot oft um ein Vielfaches größer ist als die Größe der Brandherde. Erschwerend kommt u. a. hinzu, dass durch die je nach Geländemor-phologie unterschiedliche Sonneneinstrahlung die Oberflächentemperaturen stark variieren.

Die erste von Michael Schäfer entwickelte Methode simuliert daher die Erwärmung der Erdoberfläche durch die Sonne über den ganzen Tagesverlauf seit Sonnenaufgang mittels ei-nes digitalen Höhenmodells und vergleicht diese dann mit den vom Satelliten gemessenen Temperaturen. Bisherige Methoden betrachteten hierbei lediglich den momentanen Sonnenstand zum Zeitpunkt der Aufnahme. Die Methode bietet sich v. a. an für Satellitensensoren mit nur einem Kanal im thermalen Infrarot (z. B. Landsat-7 ETM+). Die zweite Methode nutzt parallel die Strahlungswerte aus fünf Wellenlängenbereichen, welche von dem Sensor Terra ASTER aufgezeichnet werden. Die bisher bestehenden Lösungsansätze für diese Methode nutzten lediglich zwei Thermalkanäle gleichzeitig, durch die weiterentwickelte Methode wird erstmals die eindeutige Bestimmung aller drei Parameter Feuertemperatur, Subpixel-Feuergröße und Umgebungstemperatur ermöglicht.

Die entwickelten Methoden besitzen auch für andere ökologisch und ökonomisch relevante Fragestellungen ein hohes Potential, wie z. B. für die Erfassung von Busch- und Waldbränden, Vulkanaktivitäten oder anthropogenen Wärmequellen.

Frau Dipl.-Math. Anke Pohl wurde gleichfalls mit dem Förderpreis des Vereins von Freunden der TU Clausthal ausgezeichnet.

Frau Pohl konnte in ihrer bei Prof. Dr. Joachim Hilgert, Institut für Mathematik der TU Clausthal, angefertigten Diplomarbeit zeigen, dass zwischen zwei bestimmten mathematische Objekten eine Abbildung existiert, die die wesentlichen Eigenschaften beidseitig überträgt. Diese Beziehung der zwei Objekte war bisher vermutet, aber noch nicht bewiesen worden.

Diese Untersuchungsmethodik der Mathematik wendet intuitiv jeder im Alltag an, wie Frau Pohl in einer Metapher erklärt: "Wenn man zwei unterschiedliche Objekte untersucht, stellt sich manchmal heraus, dass man Information über gewisse Eigenschaften des Objektes A bekommt, wenn man gewisse Eigenschaften des Objektes B untersucht und auf eine bestimmte Art interpretiert. Solch eine Untersuchungsmethode wird jeder schon einmal genutzt haben, z.B. wenn man auf Stromausfall testet, indem man probiert, ob das Licht angeht."

Der mathematische Beweis von Frau Pohl liefert eine Funktion, die ähnlich einem Wörterbuch funktioniert. Hat man an einem Objekt die interessierende Eigenschaft charakterisiert und definiert, so lässt sich mit Hilfe der Übersetzungsregel des "Wörterbuches" angeben, wie die gleiche Eigenschaft bei dem anderen Objekt beschaffen ist. Das hat neben dem Erkenntnisgewinn, der noch tiefer liegende Gemeinsamkeiten vermuten lässt, zusätzlich den Vorteil der Denkökonomie. Untersuchungen von Eigenschaften müssen nur auf einer Seite durchgeführt werden, weil die Ergebnisse durch das Wörterbuch auf die andere Seite übersetzt werden können. Hierbei ist der große Vorteil, dass man sich die Seite aussuchen kann, auf der die Beweise leichter zu führen sein werden.

Für die Fachleute unter den Lesern: Zwischen hyperbolischen Matrizen und indefiniten quadratischen Formen existiert eine GL(2,Z)-äquivariante Bijektion. Der Beweis der Existenz dieser Bijektion läuft über quadratische Irrationalzahlen und Kettenbrüche, wobei sich herausstellte, dass hyperbolische Matrizen gerade die Perioden von Kettenbrüchen kodieren. Weiterhin hat Frau Pohl einen Reduktionssatz für indefinite Formen bewiesen, der sich (mittels des Wörterbuchs) in einen Reduktionssatz für hyperbolische Matrizen übertragen lässt. Hyperbolische Matrizen sind in der aktuellen mathematischen Forschung von großem Interesse.

Frau Pohl ist Doktorandin in der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Hilgert, seit letztem Sommersemester an der Universität Paderborn.

Mit dem DAAD-Preis für den besten ausländischen Absolventen des Jahres 2004 wurde Dipl.-Ing. Mickhail Popov ausgezeichnet. Mickhail Popov kam vor zwei Jahren von der Moskauer Hochschule für Stahl und Legierungen an die TU Clausthal und fertigte nun im Institut für Werkstoffkunde und Werkstofftechnik bei Prof. Dr. Juri Estrin seine Diplomarbeit an - zugleich mit dem Clausthaler Diplom erwarb er das Diplom seiner Moskauer Universität.

Dipl.-Ing. Mickhail Popov befasste sich in seiner Diplomarbeiter mit der Verbesserung des Eigenschaftsprofils von Magnesiumlegierungen mittels eines speziellen Verfahrens, bei dem sie eine enorme Scherverformung erfahren und dadurch extrem feinkörnig (fast nanoskalig) werden. Herr Popov hat Matrizen entwickelt, die für solche hochgradige Verformungen besonders geeignet sind, Versuche zur Kornfeinung von Magnesiumlegierungen durchgeführt und die so behandelten Materialien auf ihre Eigenschaften hin getestet und charakterisiert. Die Arbeit wurde sowohl an der Heimathochschule in Moskau als auch an der TU Clausthal mit der Note "ausgezeichnet" bewertet. Bei der Preisverleihung war auch Prof. Sergey Nikulin als Vertreter von der Moskauer Hochschule für Stahl und Legierungen, MISIS, anwesend.

Jochen Brinkmann | idw
Weitere Informationen:
http://www.tu-clausthal.de

Weitere Berichte zu: Förderpreis Galliumnitrid Infrarot Matrize Wärmebehandlung

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