Additive manufacturing of thermal management-relevant hybrid structures

Publikationen: Thesis / StudienabschlussarbeitDissertation

Organisationseinheiten

Abstract

Das Potenzial der additiven Fertigung zur Herstellung von hochleitfähigen Materialien und Hybridstrukturen als Wärmemanagement-Lösung in der Opto-, Leistungs- und Mikroelektronik wurde untersucht. Unter Verwendung des Pulverbett-basierten Laseschmelzverfahrens (Laser-powder bed fusion L-PBF) wurden das Fügen und Verbinden von Metallen und Metall-Keramiken untersucht mit Schwerpunkt auf die Schmelzzone bzw. die Zwischenschichten. Im Rahmen dieser Arbeit wurden die Verbindungseigenschaften von Stahl/Kupfer und AlN/Al-Legierung bewertet. Aufgrund der Eigenspannungsentwicklung während L-PBF wurden prozessbedingte Materialschäden wie Risse in der Bindezone untersucht und mit Eigenspannungssimulationen verglichen, womit eine Korrelation zwischen Prozessparametern, Geometrie und Materialversagen festgestellt werden konnte. Ein weiterer Schwerpunkt dieser Arbeit lag auf der additiven Fertigung der thermisch hochleitfähigen Cu-Legierung CuCrZr. Der Einfluss von Prozessparametern auf Materialeigenschaften und Oberflächenqualität wurde ermittelt. Die Wärmeableitung herkömmlicher und additiv hergestellter Bauteile wurde bewertet und verglichen. Zu diesem Zweck wurde ein use-case Bauteil mit Mikrokanälen erstellt, dessen Eigenschaften durch thermografische Untersuchungen nach einer rechnergestützten Strömungssimulation bewertet wurden. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass L-PBF-Teile während des schichtweisen Herstellungsprozesses eine einzigartige thermische Historie aufweisen, weshalb CuCrZr-Proben im eingebauten Zustand durch eine Mikrostruktur im Ungleichgewicht gekennzeichnet sind. In diesem Zustand wurden nachfolgende Alterungswärmebehandlungen durchgeführt um die Materialeigenschaften zu verbessern. Im Gegensatz zu herkömmlich hergestellten Cu-Legierungen können mit einem einzigen Alterungsprozess mit angepassten Wärmebehandlungsparametern verbesserte mechanische sowie thermische Eigenschaften erzielt werden. Der Einfluss verschiedener Wärmebehandlungen auf die Mikrostruktur und Materialeigenschaften wurde mittels REM- und XRD-Analyse untersucht und bewertet.

Details

Titel in ÜbersetzungAdditive Fertigung von Wärmemanagement-relevanten Hybridstrukturen
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDr.mont.
Gradverleihende Hochschule
Betreuer/-in / Berater/-in
StatusVeröffentlicht - 2019