TY - THES

T1 - Festigkeitsprüfung von dünnen Glassubstraten

AU - Priet, Thomas

N1 - nicht gesperrt

PY - 2023

Y1 - 2023

N2 - Für die Bestimmung der Festigkeit von keramischen Gläsern kommen verschiedene Versuchsmethoden in Frage. Für balkenförmige Proben etwa kommt der Vierpunktbiegetest (4PB) zum Einsatz, während für scheiben- oder plattenförmige Proben der Vierkugeltest (B3B) oder der Doppelringversuch (RoR) Anwendung findet. Mit immer dünner werdenden Proben werden jedoch, aufgrund der verringerten Biegesteifigkeit, proportional höhere Durchbiegungen benötigt, um einen Bruch zu initiieren. Dies führt häufig zu geometrisch bedingten Limitierungen in der Anwendbarkeit solcher Tests. Daher werden neue Prüf- oder Auswertemethoden benötigt, um die Festigkeit von dünnen Fasern oder Substraten zu bestimmen. In dieser Arbeit wurden die Festigkeiten von Glaswafern AF 32® eco der Firma Schott mithilfe der bereits erwähnten Prüfmethoden (4PB, B3B und RoR) auf Basis der Weibulltheorie bestimmt. Des Weiteren wurden Finite-Elemente-Berechnungen (FEM) für den Doppelringversuch durchgeführt, um mögliche Abweichungen von der geometrischen Linearität zu analysieren. Zusätzlich wurde ein Zweipunktbiegetest (2PB) entwickelt und dessen Ergebnisse validiert. Alle Experimente zeigten, dass die Festigkeitswerte sehr stark vom Endbearbeitungszustand der Proben abhängen und weniger vom Material selbst. Weiters wurde festgestellt, dass bei dünnen Proben teilweise deutliche Abweichungen von einem linearen Verformungszustand auftreten. Dies konnte anhand von FEM-Berechnungen für den Doppelringversuch gezeigt werden. Hier wird die charakteristische Festigkeit nach normgerechter Auswertung drei Mal höher geschätzt, als sie laut FEM-Berechnungen auftritt. Auch die Spannungsverteilung innerhalb der Probe zeigt deutlich Unterschiede zur Theorie. Beim Vierpunktbiegetest, sowie beim Vierkugeltest wurde dieses Verhalten zwar nicht überprüft, es kann jedoch davon ausgegangen werden, dass auch hier gewisse Abweichungen auftreten. Der Zweipunktbiegetest bietet eine einfache Möglichkeit der Charakterisierung der Festigkeit dünner Gläser. Hier werden störende Kontaktkräfte aufgrund eines Auflagers vollständig vermieden. Die Auswertung zeigt zudem, dass die Festigkeitswerte sehr gut mit jenen, aus dem Vierpunktbiegetest übereinstimmen.

AB - Für die Bestimmung der Festigkeit von keramischen Gläsern kommen verschiedene Versuchsmethoden in Frage. Für balkenförmige Proben etwa kommt der Vierpunktbiegetest (4PB) zum Einsatz, während für scheiben- oder plattenförmige Proben der Vierkugeltest (B3B) oder der Doppelringversuch (RoR) Anwendung findet. Mit immer dünner werdenden Proben werden jedoch, aufgrund der verringerten Biegesteifigkeit, proportional höhere Durchbiegungen benötigt, um einen Bruch zu initiieren. Dies führt häufig zu geometrisch bedingten Limitierungen in der Anwendbarkeit solcher Tests. Daher werden neue Prüf- oder Auswertemethoden benötigt, um die Festigkeit von dünnen Fasern oder Substraten zu bestimmen. In dieser Arbeit wurden die Festigkeiten von Glaswafern AF 32® eco der Firma Schott mithilfe der bereits erwähnten Prüfmethoden (4PB, B3B und RoR) auf Basis der Weibulltheorie bestimmt. Des Weiteren wurden Finite-Elemente-Berechnungen (FEM) für den Doppelringversuch durchgeführt, um mögliche Abweichungen von der geometrischen Linearität zu analysieren. Zusätzlich wurde ein Zweipunktbiegetest (2PB) entwickelt und dessen Ergebnisse validiert. Alle Experimente zeigten, dass die Festigkeitswerte sehr stark vom Endbearbeitungszustand der Proben abhängen und weniger vom Material selbst. Weiters wurde festgestellt, dass bei dünnen Proben teilweise deutliche Abweichungen von einem linearen Verformungszustand auftreten. Dies konnte anhand von FEM-Berechnungen für den Doppelringversuch gezeigt werden. Hier wird die charakteristische Festigkeit nach normgerechter Auswertung drei Mal höher geschätzt, als sie laut FEM-Berechnungen auftritt. Auch die Spannungsverteilung innerhalb der Probe zeigt deutlich Unterschiede zur Theorie. Beim Vierpunktbiegetest, sowie beim Vierkugeltest wurde dieses Verhalten zwar nicht überprüft, es kann jedoch davon ausgegangen werden, dass auch hier gewisse Abweichungen auftreten. Der Zweipunktbiegetest bietet eine einfache Möglichkeit der Charakterisierung der Festigkeit dünner Gläser. Hier werden störende Kontaktkräfte aufgrund eines Auflagers vollständig vermieden. Die Auswertung zeigt zudem, dass die Festigkeitswerte sehr gut mit jenen, aus dem Vierpunktbiegetest übereinstimmen.

KW - Two-Point-Bending test

KW - Ring-on-Ring test

KW - Strength test

KW - Glass substrate

KW - Zweipunktbiegetest

KW - Doppelringversuch

KW - Festigkeitsprüfung

KW - Glassubstrat

M3 - Masterarbeit

ER -