Defences

[Faculty 4]
Untersuchung der Strukturdynamik von offenporigen
Schäumen, Mr Stephan Kirchhof, M.Sc.

Friday, the 20th of May 2022, 11:15 am
lecture hall WEI-1051, Julius-Weisbach-Bau, Lampadiusstraße 4

Ziel der Dissertation war die Schaffung einer Simulationskette, die auf Basis der Charakteristika eines Schaumes eine Vorhersage über die Verteilung der Eigenkreis-frequenzen dieser Schaumsorte ermöglicht. Zur Validierung der Simulationskette dienen an verschiedenen Schaumproben gemessene Eigenkreisfrequenzen für Längs- und Biege-schwingungen. Die Modellierung erfolgte als räumlicher stochastischer Prozess mithilfe der harmonischen Synthese. Notwendige Eingangsgrößen konnten anhand von CT-Scans der Proben bestimmt werden. Zur Bestimmung der Eigenkreisfrequenzen wurden eindimen-sionale Ansätze wie der Rayleigh-Quotient und die Finite Cell Method (FCM) als dreidimen-sionaler Ansatz getestet. Es konnte gezeigt werden, dass die FCM in Verbindung mit den modellierten räumlichen Prozessen die gemessenen Verteilungen der Eigenkreisfrequenzen gut abbilden kann. Der eindimensionale Berechnungsansatz eignet sich ebenfalls, jedoch nur für homogene und isotrope Schäume.

[Faculty 2]
Photoluminescence related to transition metal and carbon defects in GaN, Ms Friederike Zimmermann, M.Sc.

Friday, the 20th of May 2022, 02:30 pm
lecture hall GEL-0001, Gellert-Bau, Leipziger Straße 23

The public defence will be broadcasted via Livestream:

https://bbb.hrz.tu-freiberg.de/b/fri-ohc-wai-9jb

Galliumnitrid (GaN) ist ein Schlüsselmaterial zur Produktion von elektronischen Hochfrequenz- und Hochleistungsbauelementen sowie Leuchtdioden. Zum Erreichen der optimalen Bauelementleistung ist ein tiefgreifendes Verständnis sowie die Kontrolle von Punktdefekten unabdingbar, um die elektrischen und optischen Substrateigenschaften präzise einzustellen. Im Rahmen dieser Arbeit wurden Punktdefekte in GaN mittels Photolumineszenz (PL)-spektroskopie untersucht. Häufige Übergangsmetallverunreinigungen (Fe, Mn und Cr) wurden anhand ihrer internen Übergänge, die sich durch scharfe Lumineszenz- und Absorptionslinien im nahen Infrarot auszeichnen, identifiziert. Mn und Cr wurden als Ursprung für ungewollte Substratfärbungen bestimmt. Teilweise Entfärbung konnte durch Mn-Si-Kodotierung erreicht werden. Der Zusammenhang zwischen Absorption und Emission des Cr-Zentrums wurde durch polarisationsabhängige PL-Anregungsspektroskopie analysiert. Weiterhin wurde der Einfluss von Kohlenstoffdotierung auf die Eigenschaften von GaN-Substraten durch PL- und PL-Anregungsspektroskopie untersucht. Eine neue Emissionsbande um 1,62 eV, die am effizientesten bei 2,7 eV angeregt wird, wurde für hochdotiertes GaN:C beobachtet und einem internen Übergang CN-CGa-CN-Komplexen

[Faculty 4]
Entwicklung und Evaluierung  additiver Fertigungsverfahren zur Herstellung makroporöser keramischer Strukturen am
Beispiel von Filtern für die Metallschmelzefiltration,
Mr Andreas Herdering, M.Sc.

Monday, the 23rd of May 2022, 09:30 am
lecture hall SIL-0118, Haus Silikattechnik, Agricolastraße 17

High demands on steel quality and at the same time the increasing recycling rate require novel strategies for cleaning of molten metals, the main focus of the Collaborative Research Center CRC 920 „Multi-Functional Filters for Metal Melt Filtration – A contribution towards Zero Defect Materials“. Nowadays, the industrial filters are mainly produced by replica technique using polyurethane templates. A particular drawback of the replica technique is a ran-dom, non-reproducible macro and microstructure of the filters resulting in their divergent filtra-tion performance. Last but not least, the combustion of the polyurethane templates entails a significant environmental footprint. This PhD thesis pursued within the framework of CRC 920 three approaches to develop filters with a reproducible, tailor-made structure. The first approach was the application of fused filament fabrication technology by manufacturing of a green-ceramic aluminium-oxide filament as feedstock and subsequent 3-D-printing of gyroid filter structures. The second approach aimed for the designing and printing of organic templates using selective laser sintering. The 3-D-printed templates were coated with an alumina-carbon based slurry and thermally treated. The third approach pursued a designing and printing of organic templates using selective laser sintering and their subsequent coating with alumina by flame spraying, so called additive hybrid flame-spray technique. After flame spraying no high temperature firing was required; the templates were only removed by e.g. dissolving in water. The first apporach foregoes the application of templates but some geometrical restrictions on the part of the fused filament fabrication technique have to be regarded. The second approach can be easily implemented in the industrial practice since the usage of templates is state-of-the-art and has no impact on following technological steps. The main disadvantage is the remaining necessity to combust the templates. The additive hybrid flame-spray technique as a very promising approach is environmentally friendly due to the dissolving and conceivable recycling of the template material as well as due to the low-energy furnace-free production process. However, the implementation of the third approach in the industry would require rethink and restructuring of the production processes.

[Faculty 4]
Customized ceramic granules for laser powder bed fusion of aluminum oxide, Mr Stefan Pfeiffer, M.Sc.

Monday, the 23rd of May 2022, 02:30 pm
lecture hall SIL-0118, Haus Silikattechnik, Agricolastraße 17

Die Implementierung von Laser Powder Bed Fusion bei Aluminiumoxidkeramiken ist aufgrund einer geringen Temperaturwechselbeständigkeit, Bauteilverdichtung, Pulverfließfähigkeit und Lichtabsorption eine große Herausforderung. In dieser Arbeit wurden diese Probleme mit unterschiedlichen Ansätzen adressiert. Sprühgetrocknete Aluminiumoxid Granulate wurden zur Verbesserung der Laserabsorption (über 80 % Verbesserung) mit farbigen Nano-Oxidpartikeln dotiert. Es wurden verschiedene Partikelpackungstheorien und Pulverbehandlungen getestet, um die Pulverbettdichte und damit die Dichte des endgültigen Bauteils (Dichten bis zu 98,6 %) zu erhöhen. Die Pulverqualität wurde durch Schütt- und Rütteldichte, Feuchtigkeitsgehalt, Partikelgrößenverteilung, Hausner-Verhältnis, Lawinenwinkel und Oberflächenfraktal charakterisiert. Des Weiteren wurde der Zusatz geeigneter Stoffe zur Verringerung der Rissbildung durch thermische Spannungen getestet. Die In-situ-Bildung von Phasen mit geringer und negativer Wärmeausdehnung reduzierte die Rissbildung in den lasergefertigten Oxidkeramiken stark.

[Faculty 2]
Phytoaccumulation of Potentially Toxic Elements (PETs),
Critical Raw Materials (CRMs) and Nutrient Elements from Soils of the Post-mining Region of Freiberg, Germany,
Mr Precious Uchenna Okoroafor, M.Sc.

Tuesday, the 24th of May 2022, 09:30 am
seminar room Geophysics, MEI-0150, Otto-Meißer-Bau, Gustav-Zeuner-Str. 12

The public defence will be broadcasted via Livestream.

The real potential acreage for energy, food and fodder crops is considerably limited in mining regions such as the Ore Mountains region of Freiberg due to the widespread contamination of the soils there with potentially toxic elements (PTEs). On the other hand, there are some critical raw materials (CRMs) such as germanium (Ge) and rare earth elements (REEs) which are dispersed in soils there, with very little chance of being mined conventionally due to their sub-economic amounts. Thus, this PhD evaluated the phytoaccumulation potential of nine plant species for selected nutrients, critical raw materials like Ge and REEs (collectively referred to as target elements) in greenhouse studies, phytoaccumulation of target elements as affected by fertilization and liming in greenhouse studies as well as the effect of bioaugmentation with commercially available Bacillus amyloliquefaciens bioformulation on microbial community and phytoaccumulation of target elements under controlled conditions in the laboratory and uncontrolled conditions in the field. Summarily, results studies in this dissertation suggest that Strategy 1 plants show greater potential for accumulation of CRMs and PTEs compared to Strategy 2 plants under both unamended and amended soil conditions.

[Faculty 4]
Untersuchungen zur Methanoxidation an LaFeO3-Perowskit-katalysatoren unter brennstoffreichen Bedingungen,
Mr Norman Schreiter, M.Sc.

Wednesday, the 25th of May 2022, 09:30 am
seminar room 318, DBI-Gebäude, Reiche Zeche, Fuchsmühlenweg 9

The public defence will be broadcasted via livestream:

https://bbb.hrz.tu-freiberg.de/b/mar-tdp-qzc-oub
Code: 577667


Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird die Methanoxidation an LaFeO3-Katalysatoren unter CH4-reichen und O2-reichen Reaktionsbedingungen betrachtet. Durch Analyse der Struktur-Aktivitätsbeziehungen wird gezeigt, dass eine Kombination von hoher BET-Oberfläche und großer Anzahl an 6-fach von Sauerstoff koordinierten perowskitischen Fe3+-Spezies für eine hohe Methanoxidationsaktivität vorteilhaft ist. Mit dem aktivsten LaFeO3-Perowskit kann Sauerstoff unter technisch relevanten Bedingungen bereits bei Temperaturen unterhalb von 350 °C vollständig aus Biogas entfernt werden. Mit einem auf dem Langmuir-Hinshelwood-Mechanismus basierenden kinetischen Modell kann die Methanoxidation unter CH4-reichen Bedingungen erfolgreich simuliert werden. Weiterhin kann der aktivste LaFeO3-Katalysator unter O2-reichen Bedingungen zur Oxidation von Formaldehyd im Abgas magerer Gasmotoren im Temperaturbereich von 350 bis 500 °C eingesetzt werden.

[Faculty 4]
Dampf-Druckfiltration in Kombination mit einer wasserun-löslichen Flüssigkeitsphasse, Mr Simon Esser, M.Sc.

Wednesday, the 25th of May 2022, 02:00 pm
seminar room RAM-2220, Erich-Rammler-Bau, Leipziger Straße 28

The public defence will be broadcasted via livestream.

In der eingereichten Dissertation wurde eine detaillierte, theoretische Beschreibung des Prozesses entwickelt, die die Lehr- und Fachliteratur ergänzt. Die Beschreibung der Dampf-Druckfiltration (DDF) in Kombination mit einer wasserunlöslichen Flüssigkeitsphase basiert auf der Theorie der DDF für wässrige Systeme sowie der Theorie der Wasserdampfdestillation. Es wurde gezeigt, dass die Anwendung der DDF zu einer deutlichen Reduktion der Restfeuchte bzw. Lösungsmittelbeladung des Feststoffes führt. Durch die Messung der Temperaturprofile könnte eine zusätzlich auftretende Prozessphase beobachtet werden, die aufgrund ihrer Phänomenologie als Strippungsphase bezeichnet wird. Die Strippung mit Wasserdampf ermöglicht eine weitere Reduktion der Lösungsmittelbeladung, die letztendlich zu einer vollständigen Entfernung des Lösungsmittels bei vergleichsweise geringem Dampfverbrauch führt. Zusätzlich wurde ein numerisches Modell entwickelt, das die Strippungs- und Trocknungsphase beschreibt.

[Faculty 3]
Surface movement due to coal mining and abandoned mine flooding, Mr Jian Zhao, M.Sc.

Tuesday, the 31st of May 2022, 02:00 pm
lecture hall HHB-1035, Helmut-Härtig-Bau, Gustav-Zeuner-Straße 1

To better understand the issues about the surface movements in the coal mining region Lugau-Oelsnitz, Germany, small-scale numerical models are firstly utilized for verifications via analytical solutions, to explore the simulation schemes, and for parameter sensitivity analysis. 1D rock column numerical models shows that simulated surface movements are consistent with analytical solutions. The investigations via 2.5D profile numerical models also show that uplift is linear related to water level rise under confined mine water conditions, while a quadratic function is valid for unconfined mine water. Geodetic survey in the Lugau-Oelsnitz district shows that at the end of the active mining period (1844 to 1971), general subsidence is about 5 – 10 m, with a maximum of 17 m in the southern mining area. General uplift velocity after abandoned mine flooding between 1972 and 2014 is about 0.5 – 2.0 mm/year. Based on numerical simulation results, predicted general uplift velocity vary between 1.5 – 0.3 mm/year, while maximum uplift position is moving toward south.

[Faculty 5]
Microstructure and Nitriding of White-Solidified Fe-C-Si Alloys, Mr Stefan Kante, M.Sc.

Wednesday, the 8th of June 2022, 02:00 pm
seminar room MET-0016, Haus Metallkunde, Gustav-Zeuner-Straße 5

The mechanical surface properties and corrosion resistance of cast irons can be improved by surface remelting, leading to the formation of a white-solidified surface layer, and subsequent nitriding. By investigating white-solidified and nitrided Fe-C-Si model alloys, this thesis elucidates fundamental aspects of the microstructure formation during solidification and, in particular, during nitriding of cast irons in the course of the surface treatment by 'remelting+nitriding'. The inhomogeneous distribution of phases and alloying elements (Si, C) in the white-solidified microstructures, and the high Si content of the alloys strongly affect the growth of Fe nitride compound layers during nitriding. In this regard, the effects of solidification conditions and Si content on the microstructure of the white-solidified substrate materials, and on their thermal stability under nitriding conditions are examined. The interrelated thermodynamic and kinetic effects of Si and C on the Fe nitride formation are revealed. The microstructure formation during nitriding is comprehensively described and interpreted with respect to the incompletely assessed Fe-C-Si-N phase diagram.

[Faculty 4]
Mechanisch-thermische Konversion von Agrarreststoffen
zur Herstellung geformter Adsorbentien,
Ms Katja Schaldach, M.Sc.

Wednesday, the 22nd of June 2022, 01:30 pm
lecture hall RAM-1085, Erich-Rammler-Bau, Leipziger Straße 28

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Herstellung geformter Adsorbentien aus den Agrarreststoffen Reisstroh und Bagasse. Dazu wurde eine neue Prozessroute entwickelt, anhand welcher die Ausgangsstoffe zunächst pelletiert und anschließend pyrolysiert werden. Ziel ist es, ein Produkt mit hoher mechanischer Festigkeit (Ball Pan Hardness) > 80 % und spezifischer Oberfläche > 300 m2/g zu erzeugen. Dies ist durch die Auswahl geeigneter Mischungszusammensetzungen, die Anpassungen der Pelletierparameter und des Pyrolyseregimes möglich. Zusätzliche Aktivierungsschritte führen zu einer weiteren Verbesserung der spezifischen Oberfläche. Auf Basis der experimentellen Untersuchungen wurden mittels statistischer Methoden Einfluss- und Zielgrößen in Hinblick auf die anschließende empirische mathematische Modellentwicklung ausgewählt. Damit kann die spezifische Oberfläche anhand von validierten, nicht-linearen Regressionsmodellen mithilfe von Prozessparametern abgebildet werden.


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