Eine Zugprüfvorrichtung zur Untersuchung mikrostrukturierter Proben

Die vorliegende Arbeit befaßt sich mit der Entwicklung einer Prüfvorrichtung zur Untersuchung mikrostrukturierter Proben und Bauteile. In eine konventionelle Zugprüfmaschine wird ein neu entwickelter Lastrahmen eingebaut. In diesen Lastrahmen sind ein Kraft- und mehrere Wegmeßsysteme integriert. Mit diesen Komponenten können Festigkeitsuntersuchungen an mikrostrukturierten Proben durchgeführt werden. Zur Untersuchung des Spannungs-Dehnungs-Verhaltens von unterschiedlichen mikrostrukturierten Materialien wurde ein berührungsloses optisches Wegmeßsystem aufgebaut. Unter Verwendung einer neu entwickelten Mikroprobe, welche an das Wegmeßsystem angepaßt wurde, ist eine Ermittlung der Totaldehnung im Gleichmaßbereich der Mikroprobe möglich.
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Mit Hilfe dieser Mikrozugprüfvorrichtung wurden unterschiedliche mikrostrukturierte LIGA-Materialien sowie Stahl-Mikroproben untersucht. Neben monotonen Zugversuchen wurden sowohl Versuche mit Haltezeiten als auch zyklische Versuche durchgeführt.
An mikrostrukturierten LIGA-Nickelproben mit einem quadratischen Probenquerschnitt (Kantenlänge 100 µm) wurde der Gefügeeinfluß auf das Werkstoffverhalten untersucht. Mit Hilfe von Rekristallisationsuntersuchungen konnte gezeigt werden, daß durch eine gezielte Wärmebehandlung das Verformungsverhalten der Mikrostrukturen deutlich beeinflußt werden kann. Vergleicht man die Werkstoffkennwerte, wie sie an mikrostrukturierten LIGA-Nickelproben gemessen wurden, mit Werten aus der Literatur, so sind enorme Unterschiede festzustellen. Mit diesen Untersuchungen konnte die Notwendigkeit einer Werkstoffprüfung in der Mikrosystemtechnik am Beispiel von galvanisch hergestellten (LIGA)-Nickel-Mikroproben gezeigt werden.

A Tensile Testing Device for Microstructured Specimens
A micro tensile equipment has been developed in order to investigate mechanical properties of microstructured tensile samples. This equipment consists of a specially designed load frame which is incorporated into a conventional single spindel tensile machine. The new developed components of the load frame include the internal load cell and the use of special displacement transducers. This allows simple strength measurements of microstructured specimens.
In order to assess material data like the complete stress-strain responce under monotonic tensile or cyclic loading, a contactless displacement measurement was improved. ... mehrIn parallel the use of thus opto-electronical measurement system required the development and optimization of a special specimen geometry. These analysis were performed by the finite-element method.
To study the influence of material structure on the mechanical response, microstructured Nickel specimens were treated thermally. The results showed a grain-size influence on the deformation behaviour of microstructured materials. Compared to literature, the measured material data for microstructured LIGA-Nickel material showed a non-negligable difference. The experimental results illustrate the necessity of mechanical testing of microstructured materials.