Master of Science (M.Sc.)Angewandte Oberflächen und Materialwissenschaften

Organische Werkstoffe

Voraussetzungen

Solide Kentnisse in Allgemeiner Chemie, Organischer Chemie, Makromolekularer Chemie (Polymerchemie), Physik

Lernergebnisse (learning outcomes) und Kompetenzen
Nachdem das Modul erfolgreich absolviert wurde, können die Studierenden…

Wissen und Verstehen
• … die Vorgehensweise bei der Herstellung, Charakterisierung und technologischen Prüfung polymerer Werkstoffe aufbauend auf dem Wissen und Verstehen aus dem Bachelorstudium verstehen.
• … Beziehungen zwischen der Zusammensetzung, Herstellung, Verarbeitung und den Eigenschaften polymer Werkstoffe erkennen und verstehen.
• … die Einflüsse von äußeren Faktoren auf das werkstoffliche Verhalten von polymeren Werkstoffen verstehen.
• … die Bedeutung des Fachgebiets Nachwachsende Rohstoffe und Biopolymere vertreten.
• … ein breites, detailliertes und kritisches Verständnis auf dem neuesten Stand des Wissens auf dem Gebiet der angewandten Polymerwissenschaften und Biopolymere nachweisen.
• … fachliche Besonderheiten, Terminologien und Lehrmeinungen auf dem Gebiet der nachwachsenden Rohstoffe und Biopolymere definieren und interpretieren.

Einsatz, Anwendung und Erzeugung von Wissen

Nutzung und Transfer
• … fachliche Normen bei der Vorbereitung, Durchführung und Nachbereitung der Werkstoffprüfung anwenden.
• … Laborberichte nach vorgegebenem Anforderungsprofil erstellen
• ….Präsentationen zu aktuellen Themen der Polymerwerkstoffwissenschaften, Nachwachsenden Rohstoffen und Biopolymere erstellen und durchführen. Fachartikel dazu kritisch beurteilen und in der Lehrveranstaltung vertreten.
• … fachliche Lösungen für die Herausforderungen nachhaltigen Handelns diskutieren und analysieren.
• … Ökonomische und ökologische Zusammenhänge innerhalb der Modulfächer erkennen und einordnen.
• … unterschiedliche Perspektiven und Sichtweisen gegenüber den Zielen der Wirtschaftlichkeit und des Umweltschutzes einnehmen, diese gegeneinander abwägen und kritisch reflektieren.
• …sich selbständig neues Wissen durch aus der wissenschaftlichen Literatur aneignen.

Wissenschaftliche Innovation
• …Forschungsfragen entwerfen, kritisch betrachten und diskutieren um neue Erkenntnisse im Bereich Polymere und Biopolymere zu gewinnen.
• Einsatz und Entsorgung von Polymeren und Biopolymeren optimieren.
• … eigenständig Ansätze dafür entwickeln und auf ihre Eignung beurteilen.
 

Kommunikation und Kooperation
• … aktiv innerhalb eines Teams von Fachleuten kommunizieren und Informationen beschaffen.
• … technische Inhalte präsentieren und fachlich mit Vertretern unterschiedlicher Handlungsfelder diskutieren.

Wissenschaftliches Selbstverständnis/ Professionalität
• … das eigene berufliche Handeln in Bezug auf gesellschaftliche Erwartungen und Folgen bei der Entwicklung und beim Umgang mit polymeren Werkstoffen und Biopolymeren kritisch reflektieren und weiterentwickeln.
• …das eigene berufliche Handeln mit theoretischem und methodischem Wissen begründen und Alternativen reflektieren
• …ein berufliches Selbstbild entwickeln, das sich an Zielen und Standards professionellen Handelns orientiert

Inhalt/Teilmodul

a) Vorlesung Nachwachsende Rohstoffe/ Biopolymere:
Definition, Einteilung und Zahlen.
Herstellung von Biopolymeren aus :
- Ölen und Fetten, neue Werkstoffe für Biopolymere.
- Cellulose und Stärke – alte Bekannte und neue Einsatzmöglichkeiten
- Bakterien als Lieferanten von biopolymeren Werkstoffen
- Bioraffiniere als Rohstofflieferant
Beurteilung der physikalischen Eigenschaften von Biopolymeren im Vergleich zu konventionellen Polymeren.
a) Seminar Polymerwerkstoffe - Polymerstrukturen im Überblick - Herstellung von Polymeren - Modifizierung von Polymeren - Eigenschaften polymerer Werkstoffe - Kunststoffverarbeitung - Beschichtung von Kunststoffen
b) Labor Polymerwerkstoffe
A. Synthese: Polymethylmethacrylat, Polystyrol, Polyamide 66 und 610, Polyurethanelastomer, Polyurethanschaum, Polypyrrol, Faserverbundwerkstoffe auf Basis von EP, UP, CF, GF, AF.
B. Charakterisierung und Werkstoffprüfung: Kapillarviskosimetrie, Dichtebestimmung, Zugversuch, Biegeversuch, Schlagbiegung nach Charpy, Kugeleindruckhärte, Shore-Härte, Tg und Tm mittels DSC, Vicat-Erweichungstemperatur, Schmelzemassefließrate (MFR), Löslichkeit, Spannungsrissbeständigkeit, Lösemittel und Wasseraufnahme (Lagerungsversuche), elektrischer Durchgangswiderstand, Randwinkelbestimmung, Eigenspannungsnachweis
C. Verarbeitung, Oberflächenbehandlung und Beschichtung: Gießen, Verstärken, Schäumen, Pressen, Extrudieren, Spritzgießen, Reinigen und Schleifen der Oberfläche, Aktivierung durch Niederdruckplasma und Beflammung, Beschichten mit 1K-/2K- und UV-härtbaren Lacken, Prüfung der Lackhaftung.

Prüfungsleistung / Studienleistung

a) b) und c) Klausur 90 min (benotet, Gewichtung: 85%)
b) Referat 20 min (benotet, Gewichtung 15%)
c) Bericht (unbenotet)

Fachenglisch

Voraussetzungen

verpflichtend: Englischkenntnisse auf dem Niveau der Hochschulreife

Lernergebnisse (learning outcomes) und Kompetenzen
Nachdem das Modul erfolgreich absolviert wurde, können die Studierenden…

Wissen und Verstehen
• … das Fachvokabular im Bereich Oberflächen- und Materialwissenschaften kennen und verstehen.
• … englisch-sprachige Publikationen lesen und verstehen.
• … englisch-sprachige Vorträge verstehen.

Einsatz, Anwendung und Erzeugung von Wissen
Nutzung und Transfer
• … englisch-sprachige Bewerbungen und Lebensläufe verfassen.
• … sich selbst und ihre Fachkenntnisse auf Englisch darstellen.
• … ihr englisches Fachvokabular im Bereich Oberflächen- und Materialwissenschaften erweitern.
• ... selbständig Fachkenntnisse aus englisch-sprachigen Veröffentlichungen erschließen.
• … Vorträge auf Englisch halten und verstehen.
• … Veröffentlichungen auf Englisch verfassen und verstehen.
• … Lösungen komplexer Probleme und Aufgabenstellungen in Wissenschaft und Anwendungsfeldern auf Englisch formulieren, kritisch hinterfragen und mit Fachvertretern diskutieren.

Wissenschaftliche Innovation
• … Methoden und Werkzeuge anwenden, um neue Erkenntnisse im Gebiet der Oberflächen- und Materialwissenschaften zu gewinnen.

Kommunikation und Kooperation
• … aktiv innerhalb einer Organisation auf Englisch kommunizieren und Informationen beschaffen.
• … fachliche Inhalte auf Englisch präsentieren und fachlich diskutieren.
• … in der Gruppe auf Englisch kommunizieren und kooperieren, um adäquate Lösungen für die gestellte Aufgabe zu finden.

Wissenschaftliches Selbstverständnis/ Professionalität
• … die eigenen Fähigkeiten reflektieren und einschätzen.

Inhalt

a) Vorlesung Fachenglisch:
Giving instructions, including by telephone
Describing a process to a client/visitor
Analysis of technical articles
Writing a summary of a technical article
Making a product recommendation
Speaking persuasively
Preparing and giving a technical presentation

Prüfungsleistung / Studienleistung

Klausur 60 min (benotet)

Allgemeine Werkstoffe (Wahlpflichtmodul)

Gesamtziel

Fachkompetenz („Wissen und Verstehen“ und „Fertigkeiten“):

Die Studenten sollen nach erfolgreichem Abschluss des Moduls einen Überblick über Aufbau, Eigenschaften und Einsatz allgemeiner Werkstoffe haben. Dies beinhaltet die metallischen Konstruktionswerkstoffe ebenso wie Keramik-, Polymer-.und Verbundwerkstoffe. Sie sollen darüberhinaus über vertiefte Kenntnisse in wichtigen ausgesuchten Bereichen verfügen.

Überfachliche Kompetenz („Sozialkompetenz“ und „Selbstständigkeit“):

Verbesserung der Fähigkeit zu interaktivem Arbeiten und Kommunikation.

Besondere Methodenkompetenz:

Die Studenten erwerben die Befähigung zur zielführenden Auswahl und Beurteilung von Werkstoffen je nach späterer Beanspruchung und die Fähigkeit zur Modifikation von Werkstoffen sowie das Verständnis der Formgebungsmöglichkeiten bei der Herstellung. Ausserdem sollen sie nach erfolgreich abgelegtem Modul in der Lage zum selbständigen Erarbeiten des Kenntnisstandes von Wissenschaft und Technik zu neuen Fragestellungen sein.

Inhalte

Allgemeine Werkstoffkunde metallischer Konstruktionswerkstoffe (Vorlesung):

1. Atomaufbau und Bindungen
2. Kristallstrukturen und Kristallbaufehler
3. Gleichgewichtszustände und Phasenumwandlungen
4. Mechanisches Verhalten bei quasistatischer, statischer und dynamischer
5. Beanspruchung bis zu höchten Temperaturen Herstellungsverfahren

Nichtmetallwerkstoffe und Verbundwerkstoffe (Vorlesung):

Keramik: Alternativen in Herstellungsverfahren (Pressen, Spritzguss, Schlickerguss, Foliengießen). Unterschiedliche Klassen der Keramik. Bruchmechanik und zuverlässige Auslegung mit Keramik. Spezielle Polymerwerkstoffe.

Verbundwerkstoffe: Faserverbunde, z.B. C-Faser-verstärkte Kunststoffe, Metall- Matrix- Verbundwerkstoffe, Keramik-Matrix-Verbundwerkstoffe. Verstärkungsmechanismen und Herstellungsverfahren.

Prüfungsleistung / Studienleistung

Klausur

Dünnschichttechnik

Gesamtziele

Allgemeines:

Die Studierenden sind in der Lage die wichtigsten Prozessschritte zur Herstellung dünner Schichten wiederzugeben. Für gegebene Anwendungen gelingt es, geeignete Verfahren auszuwählen und zu beschreiben. Vor- und Nachteile der verschiedenen Verfahren können benannt werden und zu einer Bewertung möglicher Prozesse herangezogen werden.

Die für die Beschichtungsverfahren notwendigen Vakuumkenntnisse werden erlernt und können auch zur quantitativen Beschreibung/Berechnung der Vorgänge eingesetzt werden.

Die Studierenden kennen die wichtigsten wissenschaftlichen Modelle, die das Wachstum dünner Schichten beschreiben Die kennengelernten Modelle können auf spezifische Fragestellungen angewandt werden und entsprechende Ergebnisse analysiert werden.

Fachliche Kompetenzen:

Es werden die wichtigsten Anwendungsgebiete dünner Schichten vorgestellt.

Die Herstellung dünner Schichten mittels Vakuum basierter Methoden wird behandelt, wobei eine Einführung in die physikalischen Grundlagen der Vakuumtechnik und der Strömungslehre behandelt wird. Verschiedene Herstellungsverfahren werden besprochen, wobei die Verknüpfung von Verfahren und Schichteigenschaften im Vordergrund steht.

Moderne Beschreibungen zum Wachstum dünner Schichten werden vorgestellt. Der Zusammenhang von Herstellungsparametern und Schichtmorphologie wird erarbeitet. Die Teilnehmer erlernen grundlegende Kenntnisse der Schichtstrukturierung.

Überfachliche Kompetenzen:

Schwerpunkt des Laborteils ist zudem das Arbeiten in Zweiergruppen, wobei die Aufteilung der Tätigkeiten und die konsequente Nutzung der eigenen Stärken in eine Arbeitsgruppe die Teamfähigkeit der Studierenden explizit fördert.

Ggf. besondere Methodenkompetenz:

In der Laborveranstaltung findet die Bearbeitung in Gruppenarbeit statt, wobei insbesondere eine effektive Aufteilung der Arbeitsschritte geschult wird.

Inhalt

• Anwendungen dünner Schichten
• Herstellungsverfahren
• Schichtwachstumsmodelle
• Schichtstrukturierung

Prüfungsleistung / Studienleistung

Klausuren

Galvanotechnik

Gesamtziele

Fachliche Kompetenzen:

Die Studierenden sind in der Lage, die vom speziellen Elektrolyten unabhängigen, universellen Gesetzmäßigkeiten bei der galvanischen Abscheidung zu beurteilen. Das Modul vermittelt fundierte Kenntnisse und einen Überblick über gängige galvanotechnische Verfahren und deren Anwendungen. Die Studierenden sind fähig, den Aufbau exemplarisch ausgewählter Elektrolyte,

d.h. die Wirkungsweise deren Bestandteile sowie den Zusammenhang zwischen Abscheideparametern und resultierenden Schichteigenschaften zu erklären. Die Studierenden können aktuelle Entwicklungen, Entwicklungstendenzen und neue Anwendungen sowie die Besonderheiten und Vor- und Nachteile zu anderen Beschichtungsverfahren benennen. Außerdem sind die Studierenden fähig, die erlernten Zusammenhänge praktisch an ausgewählten, modernen galvanotechnischen Verfahren und Schichtsystemen im Hinblick auf Abscheidung, Eigenschaften und Charakterisierung zu entwickeln.

Überfachliche Kompetenzen:

Die Studierenden sind in der Lage, eigene Lösungen prägnant darzustellen, fremde Lösungen rasch zu erfassen und gemeinsam zu einem abgestimmten Ergebnis zusammenzuführen. Die Studierenden sind in der Lage, im Team zusammenzuarbeiten, lösungsorientiert miteinander zu kommunizieren sowie sich gegenseitig zu unterstützen.

Inhalte

• Qualitative und quantitative Besprechung der gängigen galvanotechnischen
• Prozessparameter
• Theoretische Ableitung verschiedener Überspannungseffekt
• Ermittlung des entladungsbestimmenden Komplexes
• Möglichkeiten und Grenzen der Weiterentwicklung galvanischer Elektrolyte am Beispiel ausgewählter Verfahren
• Elektrokristallisation und Schichteigenschaften
• Theoretische Betrachtung der wichtigsten Einflussgrößen auf die Streufähigkeit eines Elektrolyten
• Moderne Verfahren und Schichtsysteme (z.B. Multilayer- und Gradientenschichten, Dispersionsschichten, Hochgeschwindigkeitsabscheidung, nichtwässrige Elektrolyte, Erzeugung von Mikrostrukturen etc.)

Prüfungsleistung / Studienleistung

Klausur + Projektarbeit

Materialcharakterisierung

Gesamtziele

Allgemeines:

Methoden der Materialcharakterisierung, wie z.b. 3-D-Röntgencomputertomografie, bilden langem wichtige tools in der Forschung und Entwicklung von Werkstoffen. Sie sind auch Teil der industriellen Fertigungsüberwachung von Werkstoffen und Bauteilen und halten zunehmend Einzug in die In-Line-Qualitätsüberwachung. Ihre Bedeutung wird aufgrund der weiter zunehmenden Rechnerleistungen sowohl für die Materialforschung als auch für die Qualitätssicherung in der Fertigung (Digitalisierung, Industrie 4.0) weiter zunehmen.

Fachliche Kompetenzen:

Die Studierenden haben ein Vertieftes Verständnis der modernen Verfahren zur vorwiegend zerstörungsfreien Prüfung mikro- und nanoskaliger Schichten auf mechanisch-technologische Eigenschaften wie beispielsweise Härte, Härtetiefe, Eigenspannungen,Textur sowie auf Schichtdicke und Fehler mit Schwerpukt Qualitätssicherung in der Fertigungslinie.

Die Studierenden haben ein grundlegendes Verständnis der Methoden und Verfahren zur 2-D- und 3-D- Materialcharakterisierung und sind in der Lage, die Einsatzbereiche und Möglichkeiten für die Werkstoffforschung zu beurteilen.

Die Studierenden besitzen ein grundlegendes Verständnis der den Techniken und Verfahren zugrunde liegenden physikalischen Effekte und einen Überblick über die wichtigsten Verfahren, deren Einsatzgebiete, Grenzen und Vor- und Nachteile. Sie haben die Befähigung zur wissensbasierten Verfahrensauswahl für spezifische Anwendungsfälle.

Inhalte

Schichtprüfung:

Wirbelstrom- und magnetinduktive Verfahren, Barkhausenrauschen Mikromagnetik (Mehrparameteranalyse)

Wirbelstrom- und Barkhausenrauschmikroskopie Ultraschallschichtprüfung Röntgenfluoreszenzanalyse

Charakterisierung von Grundwerkstoff und Randzone:

Materialografie (Schliffpräparation, Ätzung, Lichtmikroskopie) Röntgencomputertomografie und 3-D-Bildanalysetools Ultraschallmikroskopie und 2-D- und 3-D-Ultraschall-Bildgebung

Digitale Bild- und Signalanalyse:

Grundlagen und ausgewählte Beispiele zur Datenaufbereitung und Bildanalyse Grundlagen und ausgewählte Beispiele der Signalvorverarbeitung und Signalanalyse.

Prüfungsleistung / Studienleistung

Klausur

Metallische Werkstoffe (Wahlpflichtmodul)

Gesamtziele

Fachkompetenz („Wissen und Verstehen“ und „Fertigkeiten“):

Ziel des Moduls ist das Erlangen fundierter Kenntnisse über den Atombau, die daraus resultierenden Eigenschaften von Elementen, mögliche Kristallstrukturen und Phasenumwandlungen sowie daraus resultierende mechanische Eigenschaften

Überfachliche Kompetenz („Sozialkompetenz“ und „Selbstständigkeit“):

Ggf. besondere Methodenkompetenz:

Die Hörer werden in einer ganzheitlichen Darstellung in die Lage versetzt, bei Metallen anzutreffende Zusammenhänge sowohl phänomenologisch als auch mathematisch zu beschreiben.

Inhalte

1. Atomaufbau mit den daraus resultierenden elementspezifischen Eigenschaften
2. Bindungen im gasförmigen, flüssigen und festen Zustand mit den daraus resultierenden elementspezifischen Eigenschaften
3. Kristallgitter und Kristallstrukturen von Elementen, Mischkristallen und intermetallischen Phasen mit den daraus resultierenden elementspezifischen Eigenschaften
4. Kristallbaufehler sowie deren Häufigkeit und Verteilung in Abhängigkeit von der Temperatur
5. Phasenumwandlungen bei gleichgewichtsnaher und ungleichgewichtiger Abkühlungsgeschwindigkeit
6. Statische, quasistatische und dynamische elastische sowie elastisch/plastische Verformung in Abhängigkeit von Gitterfehlerhäufigkeit und Anordnung sowie von der Temperatur und Verformungsgeschwindigkeit

Prüfungsleistung / Studienleistung

Klausur

Advanced Materials (Wahlpflichtmodul)

Gesamtziele

Allgemeines:

Im Modul werden wichtige innovative Werkstoffklassen und Fügetechniken behandelt.

Fachliche Kompetenzen:

Nach erfolgreichem Abschluss des Moduls besitzen die Studierenden Kenntnisse über Aufbau, Physik und Anwendungen von wichtigen Funktionswerkstoffen. Sie verstehen die chemisch/physikalischen Mechanismen z.B. von Magnetwerkstoffen, Werkstoffen mit spezifischen elektrischen Eigenschaften, Verbundwerkstoffen und Batteriewerkstoffen. Darüber hinaus kennen sie wichtige Herstellungs- und Verarbeitungsverfahren für diese Werkstoffklassen. Ausserdem wird den Studierenden ein Überblick über gängige Fügeverfahren mit dem Schwerpunkt Klebetechnik sowie Kenntnisse über die Formulierung, Herstellung und Applikation von Klebstoffen, die Eigenschaften von Verklebungen und deren Prüfung vermittelt. Zudem besitzen die Studierenden Kenntnisse über aktuelle FuE-Fragestellungen und Entwicklungstrends.

Überfachliche Kompetenz („Sozialkompetenz“ und „Selbstständigkeit“):

Auf Basis der erworbenen Kenntnisse sind die Studierenden in der Lage, anwendungsspezifisch eine geeignete, wissensbasierte Auswahl der Werkstoffe und der Fügeverfahren auszuwählen. Sie besitzen die Fähigkeit zur Modifikation bzw.

Neuentwicklung von Werkstoffen, zum selbständigen Erarbeiten des Kenntnisstandes von Wissenschaft und Technik zu neuen Fragestellungen und zum verständlichen Präsentieren derselben.

Inhalte

Advanced Materials:

Magnetwerkstoffe, elektrische Leiterwerkstoffe und Werkstoffe mit speziellen elektrischen, magnetischen oder mechanischen Eigenschaften, Verbundwerkstoffe, Batteriewerkstoffe

Fügeverfahren und Kleben:

Übersicht und Gegenüberstellung von Fügeverfahren mit besonderem Schwerpunkt auf Klebstoffe, ihre Zusammensetzung, Herstellung, Verarbeitung und Eigenschaften einer Verklebung.

Prüfungsleistung / Studienleistung

Referat

Produktmanagement (Wahlpflichtmodul)

Gesamtziel

Learning goals/competences:

professional competence (professional knowledge and skills, professional expertise): Well-founded theoretical knowledge and practical skills regarding

Product and innovation management Ways and means of successfully introducing products on the markets and ways in which the individual departments of a company cooperate. Command of the fundamental marketing instruments Command of creativity techniques Knowledge of group-dynamic processes Understanding of the processes taking place when innovative products

Inhalt

Course content:

Product management:

Lecture with papers presented by participants, and discussions Tutorials/case studies on the command of:

• Marketing basics
• Definition of new products
• Introduction of new products on the market

Innovation management:

• interpersonal tools
• Innovation techniques
• Creativity techniques

Prüfungsleistung / Studienleistung

Projektarbeit

Projektarbeit zu aktuellen Forschungsthemen der Hochschule (Wahlpflichtmodul)

Gesamtziel

Allgemeines:

In diesem Modul werden die Studierenden in guter wissenschaftlicher Praxis geschult als Vorbereitung für späteres wissenschaftliches Arbeiten. Dabei wird in dem gewählten Fachgebiet das Wissen über den Stand der Technik hinaus vertieft.

Fachliche Kompetenzen:

Die Studierenden können sich vertieft in ein Forschungsgebiet einarbeiten und besitzen durch die Aufarbeitung des Standes der Wissenschaft und Technik und die Literaturrecherche eine vertiefte Fachkompetenz auf dem jeweiligen Gebiet. Es wird die Fähigkeit zum selbstständigen Erarbeiten vertieften Wissens auf einem gewählten Gebiet ertüchtigt. Bei den experimentellen Untersuchungen sind sie in der Lage, wissenschaftlich zu experimentieren, d.h. sie können wissenschaftliche Versuchsreihen, abgeleitet aus Forschungsfragen, planen, reproduzierbar durchführen, auswerten und darstellen. Sie können ihre wissenschaftlichen Ergebnisse zielgruppenorientiert aufbereiten und darstellen.

Inhalt

• Bearbeitung eines Themas aus einem aktuellen Forschungsgebiet der Hochschule mit Bezug zu den Inhalten des Masterstudienganges OMM
• Wissenschaftliche Anleitung im jeweiligen Forschungsthema
• Erarbeiten des Standes der Technik sowie durchführen und Auswerten von Literaturrecherchen
• Planung einer wissenschaftlichen Versuchsreihe
• wissenschaftliches experimentieren und Versuchsauswertung
• Verfassen eines Projektberichtes zu den eigenen Forschungsergebnissen
• Aufarbeiten, darstellen und zielgruppenorientiertes Präsentieren von Forschungsergebnissen

Prüfungsleistung / Studienleistung

Projektarbeit