452 research outputs found
Fysische en mechanische aspecten van UBM-lagen voor Pb-vrije flip chip soldeerconnecties
No full textIn dit werk wordt het gebruik van zuiver Sn als loodvrij alternatief voor soldeer flip chip toepassingen onderzocht. De reactie van Sn met verschillende onderliggende soldeerbare metaallagen (Cu, Ni of Co) werd bestudeerd. Het gebruik van Co als soldeerbare metaallaag is eerder uitzonderlijk en uniek voor dit werk. Deze lagen vormen intermetallische verbindingen met Sn waardoor er een goede hechting wordt gegarandeerd. Anderzijds vormen deze verbindingen, omwille van hun bros karakter, een risico voor de mechanische stabiliteit van de connectie. Het gedrag van verschillende metaallaag – Sn combinaties werd onderling vergeleken voor verschillende betrouwbaarheidstesten. Deze testen simuleren de condities die in de praktijk voorkomen waardoor er eveneens een schatting kon gemaakt worden van de levensduur. Verouderingstesten werden uitgevoerd en de interdiffusiecoëfficiënten en activatie-energie waarden werden opgemeten (hoofdstuk 3). Rekening houdend met de stoechiometrie en de verhoudingen van de gevormde intermetallische fazes werd hiermee, voor een specifiek thermisch budget, niet alleen de aangroei van de intermetallische faze voorspeld maar ook de consumptie van de onderliggende metaallaag berekend. Tijdens reflow (smelten van Sn) is er een veel grotere metaallaag consumptie bij Cu dan bij Ni. Voor veroudering op hoge temperatuur (150-175oC) werd er eveneens een snellere consumptie vastgesteld voor Cu. Alleen voor het lage temperatuursgebied (100-125oC) werden gelijkaardige interdiffusiecoefficienten gevonden voor beide metaallagen. Het diffusiegedrag wordt echter grondig veranderd wanneer er ook een elektrische stroom door de soldeerverbinding wordt aangelegd. De invloed van een elektrische stroom op de stabiliteit van de metaallaag en intermetallische faze werd onderzocht (hoofdstuk 4). Hiervoor werd een bijzondere test structuur ontwikkeld die het mogelijk maakt om de verschillende contacten van een soldeerverbinding afzonderlijk elektrisch op te meten. Er werd aangetoond dat het verbreken van het elektrisch contact altijd optreedt aan de kathodische zijde van de soldeerverbinding. Voor een breed gebied van test condities (temperatuur tussen 100 en 175oC en stroomdichtheid tussen 0.05 en 0.16mA/m2) was de algemene trend dat Cu metaallagen sneller falen. Er werden verschillende falingsmechanismes vastgesteld voor beide metaallagen: in het geval van Cu gebeurt faling door consumptie van de metaallaag en in het geval van Ni, door de vorming van Kirkendall holtes tussen het Sn en de Ni3Sn4 intermetallische laag. Hierdoor kan de levensduur van de Cu metaallaag verlengd worden wanneer deze laag dikker gemaakt wordt. Tenslotte werden de flip chip assemblages thermisch gecycleerd om hun mechanisch gedrag te karakteriseren (hoofdstuk 5). Zowel voor de Sn als de Sn-Pb referentie monsters werd vermoeiing met scheurgroei door het soldeer vastgesteld. De levensduur van Sn verbindingen kon drastisch verlengd worden door het gebruik van Co als chip metallisatie.
Uit deze testen blijkt dat niet zozeer de omschakeling naar Sn als loodvrij alternatief een probleem vormt, maar dat vooral het kleiner worden van de connecties, de betrouwbaarheid van de soldeerverbindingen in het gedrang zal brengen. Hierdoor wordt de verhouding van de dikte van de intermetallische laag tot het resterende soldeer alsmaar groter waardoor het gedrag van deze lagen belangrijker wordt. Uiteindelijk leidt miniaturisatie tot flip chip verbindingen die volledig uit een intermetallische faze zijn opgebouwd (hoofdstuk 6).status: Publishe
Kristallisatie van farmaceutische semi-kristallijne dispersies
No full textA general introduction of the research topic is presented in Chapter 1, starting with the identification of low aqueous solubility of drug compounds as currently one of the most frequent and greatest challenges the pharmaceutical industry is facing, followed by introducing solid dispersions as a powerful strategy to formulate poorly water soluble drugs. Subsequently, semicrystalline dispersions are discussed. Various aspects of these specific systems are discussed, including the structure of carrier and drug-carrier dispersions, the importance of both drug and carrier in dictating the behavior of the systems, the influence of drug-carrier composition and interactions, the crystallization and dissolution of carrier, the impact of polymer molecular weight and other factors. A background in solid state crystallization and polymorphism is also provided.
Chapter 2 points out the overall and specific objectives of the project in order to expand our mechanistic understanding about the crystallization behavior of both drug and carrier in their binary semicrystalline dispersions.
Investigation of the crystallization kinetics of solid dispersions made up of IMC and PEG containing high drug loadings is the focus of Chapter 3. In this chapter, differential scanning calorimetry and X-ray powder diffraction was used to describe the influence of drug loading on the crystallization behavior of dispersions made up of IMC and
PEG. It has been found that increasing the IMC content resulted in stronger crystallization inhibition of the polymer. At 52% drug loading, the crystallization of PEG was completely inhibited. To the best of our knowledge, this is the first detailed investigation of the crystallization inhibition effect of a low molecular weight drug on a semicrystalline polymer in their dispersions. In mixtures containing up to 55% indomethacin, the dispersions exhibited distinct glass transition events resulting from amorphous-amorphous phase separation which generates polymer-rich and drug-rich domains upon the solidification of supercooled PEG whereas samples containing at least 60% drug showed a single amorphous phase during the period in which crystallization normally occurs.
In Chapter 4, we study the possibility of drug-carrier interactions to explain the inhibition effect of IMC on PEG crystallization. We also aim to discover other potential PEG crystallization inhibitors. Drug-carrier interactions in both liquid and solid state were characterized by variable temperature Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and cross-polarization magic angle spinning 13C nuclear magnetic resonance spectroscopy (CP/MAS NMR). In the liquid state, FTIR data showed evidence of the breaking of hydrogen bonds between IMC molecules to form interactions of the IMC monomer with PEG. The drug-carrier interactions were disrupted upon storage and polymer crystallization, resulting in segregation of IMC from PEG crystals. This process was further confirmed by 13C NMR since in the liquid state, when the IMC:PEG monomer units ratio was below 2:1, IMC signals were undetectable because of the loss of cross-polarization efficiency in the mobile IMC molecules upon attachment to PEG chains via hydrogen bonding. This suggested that each ether oxygen of the PEG unit could form hydrogen bonds with two IMC molecules. The NMR spectrum of IMC showed no change in solid dispersions with PEG upon storage, indicating the absence of interactions in the solid state, hence confirming previous studies. The drug-carrier interactions in the liquid state elucidated the crystallization inhibition effect of IMC on PEG as well as other semi-crystalline polymers such as poloxamer and Gelucire. However, hydrogen bonding was a necessary but apparently not a sufficient condition for the polymer crystallization inhibition. Screening of crystallization inhibitors of semi-crystalline polymers discovered numerous candidates that exhibit the same behavior as IMC, demonstrating a general pattern of polymer crystallization inhibition rather than a particular case. Furthermore, the crystallization inhibition effect of drugs on PEG was independent of the carrier molecular weight.
Due to the fact that the appearance of metastable crystal polymorphs in pharmaceutical semicrystalline dispersions has been extensively reported in literature, yet no clarification of the mechanism of the polymorph formation was proposed, Chapter 5 aims to elucidate the polymorphism behavior of IMC as well as the mechanism of polymorph selection of drugs in these systems. IMC crystallized as either the α or τ form - a new metastable form, or a mixture of the two polymorphs in dispersions containing different drug loadings in PEG, poloxamer or Gelucire as the result of the variation in the mobility of drug molecules. As a general rule, low molecular mobility of the amorphous drug favors the crystallization into thermodynamically stable forms whereas metastable crystalline polymorphs are preferred when mobility of drug molecules is sufficiently high. This rule provides insight into the polymorph selection of numerous active pharmaceutical ingredients (APIs) in semicrystalline dispersions and can be used as a guide for polymorphic screening from melt crystallization by tuning the mobility of drug molecules. In addition, the drug crystallized faster while the polymer crystallized slower as the drug loading increased with the maxima of both drug and polymer crystallization rates in 70% indomethacin dispersions. Increasing the drug content in solid dispersions reduced the τ to α polymorphic transition rate, except when the more stable form being initially dominant. The segregation of τ and α polymorphs as well as the polymorphic transformation during storage led to the inherent inhomogeneity of the semicrystalline dispersions.
The microstructure of semicrystalline dispersions needs to be explored as it strongly affects macroscopic properties. Numerous factors have been reported that dictate the microstructure of these systems; nevertheless, the importance of the conformation of the polymer has never been elucidated. In Chapter 6, we investigate the microstructure of dispersions of PEG and APIs by small angle X-ray scattering and high performance differential scanning calorimetry. Polyethylene glycol with molecular weight of 2000 g/mol (PEG2000) and 6000 g/mol (PEG6000) exhibited remarkable discrepancy in the lamellar periodicity in dispersions with APIs which was attributed to the differences in their folding behavior. The long period of PEG2000 always decreased upon aging-induced exclusion of APIs from interlamellar region of extended chain crystals whereas the periodicity of PEG6000 may decrease or increase during storage as a consequence of the competition between the drug segregation and the lamellar thickening from non-integral folded into integral-folded chain crystals. The two processes were in turn significantly influenced by the crystallization tendency of the pharmaceutical compounds, drug-polymer interactions as well as the dispersion composition and crystallization temperature.
These mechanistic findings expand our knowledge and understanding about the complex nature of pharmaceutical semicrystalline dispersions and are of significant importance for the preparation of systems with reproducible and consistent physicochemical properties and pharmaceutical performance. The key accomplishments of the current project are highlighted and discussed, and future research directions are suggested in Chapter 7.status: Publishe
Mechanical and electrical properties of selective laser melted parts produced from surface oxidized copper powder
No full textSelective laser melting of pure copper is challenging because of its high optical reflectivity and thermal conductivity. Accordingly, the surface of pure copper powder was modified by oxidation to enhance the optical absorption. The powder with improved optical absorption facilitated the production of crack‐free and dense copper parts at relatively lower laser energy density in both argon and nitrogen atmosphere. The microstructural analysis demonstrated the presence of stable melt tracks without obvious porosity. A very high electrical conductivity of ~89% of the international annealed copper standard, the hardness of ~93 HV, a tensile strength of ~270 MPa, and ductility of ~28% were achieved in the as‐built condition.sponsorship: Agentschap Innoveren en Ondernemen (VLAIO)|150010status: Accepte
Selective Laser Sintering/Melting of Iron-Based Powders
No full textDoor selectief laser sinteren / smelten (SLS/SLM) van Fe Cu Fe3+xP Ni poeder werd de performantie van de beschikbare machines voor de prod uctie van ijzergebaseerde objecten met hoge dichtheid geëvalueerd. Een t weede deel van deze studie handelt over het effect van procesparameters, legeringelementen (C, Si, Ti en Cu) en zuurstof op het gedrag van Fe ti jdens selectief laser smelten (SLM). In gepulste laser mode en bij een hoge laserintensiteit veroorzaakt verd amping van het materiaal een druk op het oppervlak van het smeltbad. Dez e druk verbetert bij gematigde waarden de verdichting tijdens SLM. Voorw erpen met een dichtheid tot 95% werden geproduceerd uitgaande van Fe C u Fe3+xP Ni, Fe en Fe C (0.2 0.8 gew%) poeders. De stabiliteit va n een ijzergebaseerd smeltbad tijdens SLM op een poederbed wordt in cont inue laser mode bepaald door de scansnelheid, het zuurstofgehalte in de atmosfeer en de aanwezige legeringelementen. Deze afhankelijkheid wordt hoofdzakelijk verklaard door het effect van deze factoren op de lengte t ot diameter verhouding van het smeltbad en op de kinetica van Rayleigh i nstabiliteit. Een correlatie tussen enerzijds de oppervlaktemorfologie e n de porositeit van driedimensionale stukken en anderzijds het effect va n proces- en materiaalparameters op de fysische fenomenen die optreden t ijdens SLM wordt voorgesteld. Er werd vastgesteld dat de warmtevrijgave als gevolg van oxidatie van Fe of van legeringelementen zoals C, Si of T i in vele gevallen het gedrag van ijzergebaseerde poeders tijdens SLM be paalt.status: Publishe
Exploitation of magnetohydrodynamic force in nanoparticle dispersion and catalyst synthesis
No full textDit doctoraatswerk was een verkenning van de invloed van de combinatie van magnetische en hydrodynamische krachten op de eigenschappen van suspensies van nanopartikels.In de experimentele opstelling stroomde een suspensie van nanopartikels door een orthogonaal permanent magneetveld. Verschillende modelsuspensies werden onderzocht waaronder die van alumina en silica aggregaten, hard water, antimoonoxide en Mo-V-Sb mengoxides. Reproduceerbare experimentele DLS data toonden aan dat het aanbrengen van een magnetisch veld op een stromende suspensie kan bijdragen tot deagglomeratie van de geaggregeerde colloïdale deeltjes. Een halvering van de deeltjesgrootte werd bereikt na behandeling van de deeltjes in een turbulente stroming en in aanwezigheid van een matige magnetische veldsterkte. Afwisselend aanbrengen en verwijderen van magneten van het dispergeerelement gedurende recirculatie toonde de reversibiliteit van het magnetisch-hydrodynamisch effect aan. In vergelijking met standaard dispergeertechnieken zoals ultrasone behandeling en malen met de planetaire ballenmolen, is de nieuwe magnetische technologie een energie-efficiënte methode om aggregaten te ontbinden en een uniforme deeltjesgrootteverdeling te bereiken.Om de experimentele gegevens te verklaren, werd een theorie ontwikkeld die een relatie legt tussen stromingseigenschappen en agglomeratie/deagglomeratie gedrag van de deeltjes. Een magnetisch veld in een stromende suspensie van geladen deeltjes geeft aanleiding tot Lorentz krachten. Onder invloed van deze krachten worden de deeltjes naar de kant getrokken waar lokale snelheidsgradiënten zowel het aantal botsingen tussen de deeltjes als de schuifkrachten verhogen. Bij laminaire stroming domineert de botsingsfrequentie, wat leidt tot aggregatie. Onder turbulente stroming veroorzaken de sterk verhoogde schuifkrachten deagglomeratie. Daarenboven kunnen verhoogde spanningsfluctuaties in de aggregaten het opbreken van de deeltjes versterken.De bevindingen werpen een nieuw licht op het principe van magnetische conditionering van leidingwater tot voorkomen van kalkaanslag. Uitgaande van het feit dat water gesuspendeerde partikels kan bevatten, werden experimenten uitgevoerd met het magnetisch dispergeerelement en bekeken in het licht van de hypothese van aggregaatontbinding. In aanwezigheid van zowel turbulente stroming als een magnetisch veld werd een duidelijke afbraak van deeltjes opgemerkt. Deze deagglomeratie werd versterkt door verhoging van het debiet. De vernieuwde hypothese ter verklaring van de werking van magnetische waterconditionering luidt dat opgeloste kalk hoofdzakelijk op de sterk verhoogde oppervlakte van de nieuw gevormde nanopartikels in de suspensie precipiteert in plaats van op de gelimiteerde oppervlakte van buizen en warmtewisselaars.In een laatste deel werd de magnetische methode geïntroduceerd in de katalyse. Een suspensie van Sb2O3, een precursor voor synthese van katalysatoren, werd in water aan een magnetisch-hydrodynamische behandeling onderworpen bij een hoog Reynoldsgetal. Een verhoogde en snellere zuurstofopname van Sb2O3 tot Sb2O4 werd aangetoond. Lichte vervorming van de Sb2O3 kristallen zou de observaties mogelijk kunnen verklaren. Deze modificatie werd aangewend om Mo-V-Sb mengoxides te synthetiseren vanuit goedkope zouten als precursoren. De katalytische performantie van deze mengoxides werd geëvalueerd in de partiële oxidatie van isobutaan. De magnetisch gesynthetiseerde katalysator doorstond de vergelijking met een conventioneel gesynthetiseerde katalysator. Een verhoogde vorming van isobuteen als gevolg van een verhoogde zuurstofopname aan de Sb-V katalytische sites werd geopperd als mogelijke verklaring voor de goede katalytische werking.status: Publishe
Columnar to Equiaxed Transition During Univariant Solidification
No full textGieten is een frequent toegepaste en efficiënte vormgevingstechniek voor allerlei materialen. De belangrijkste procesparameters zijn de temperat uursgradient in de smelt en de stollingssnelheid. Deze parameters bepale n in grote mate de microstructuur en bijgevolg ook de eigenschappen van een gietstuk. De microstructuur bestaat meestal uit twee morfologisch ve rschillende gebieden, namelijk een zone met uitsluitend geöriënteerde ko rrels en een zone met enkel equiaxiale korrels. De overgang van gerichte naar equiaxiale groei (CET) manifesteert zich wanneer equiaxiale korrel s ontstaan in een onderkoelde smelt en de groei van het gerichte front tegenhouden. Afhank elijk van de toepassing is een gerichte of equiaxiale structuur gewenst. Bijgevolg is het noodzakelijk om de kritische stollingsparameters die C ET veroorzaken te kennen. In dit werk wordt de overgang van gerichte naar equiaxiale groei be studeerd voor univariante samenstellingen in het binaire Al-Cu sys teem (vorming van de vaste oplossingsfase α(Al)) en in het ter naire Al-Cu-Ag systeem (vorming van het univariante eutecticum ^ 5;(Al) + θ-Al2Cu). De gebruikte techniek is opwaartse stolling in een klassieke Bridgman oven met een co nstante temperatuursgradiënt of met een constante afkoelsnelheid. De experimentele waarnemingen leren dat een verhoogde afkoelsnelhei d en een hogere concentratie van opgeloste stof de overgang naar equiaxi ale groei vergemakkelijken. Er werd ook opgemerkt dat de thermische gesc hiedenis het stollingsgedrag beïnvloedt. Indien de smelt minder wo rdt oververhit, zal de transitie lager in het specimen voorkomen. De bekomen resultaten vertone n een goede overeenkomst met de analytische benadering van Hunt.status: Publishe
Precipitation and austenite reversion behavior of a maraging steel produced by selective laser melting
No full textMaterials produced by selective laser melting (SLM) experience a thermal history that is markedly different from that encountered by conventionally produced materials. In particular, a very high cooling rate from the melt is combined with cyclical reheating upon deposition of subsequent layers. Using atom-probe tomography (APT), we investigated how this nonconventional thermal history influences the phase-transformation behavior of maraging steels (Fe–18Ni–9Co–3.4Mo–1.2Ti) produced by SLM. We found that despite the “intrinsic heat treatment” and the known propensity of maraging steels for rapid clustering and precipitation, the material does not show any sign of phase transformation in the as-produced state. Upon aging, three different types of precipitates, namely (Fe,Ni,Co)3(Ti,Mo), (Fe,Ni,Co)3(Mo,Ti), and (Fe,Ni,Co)7Mo6 (µ phase), were observed as well as martensite-to-austenite reversion around regions of the retained austenite. The concentration of the newly formed phases as quantified by APT closely matches thermodynamic equilibrium calculations.status: Publishe
Studie van thermische spanningen bij het Selectief Laser Smelten
No full textAdditive Manufacturing (AM) is a valid and economically viable technique to produce fully functional, geometrically complex parts. One such AM technique, Selective Laser Melting (SLM), uses a high power laser to selectively melt layers of metal powder. Selective Laser Melting can be compared to a repetitive welding process, stacking thousands of welds next to and on top of each other to produce a 3D geometry. The difference lies in the fact that the purpose of welds is to join two or more separate geometries into one, while in SLM, the welds itself are the geometry. Moreover, the process takes place on a much finer scale compared to commercial welding processes, with melt pool dimensions in the order of 0.1mm³.
The localized melt pool and its heat affected zone are small compared to the thermal heat sink effect of the base plate and previously consolidated layers, creating extremely large and directional thermal gradients. In turn, these gradients lead to the buildup of residual stresses which have an effect on the mechanical performance and cause deformation, as well as micro- and macrocracks.
Stress is built up locally by the thermal shrinkage of the solidified melt pool, and is larger in the direction of a scan track than perpendicular to it. The shrinkage is impeded in the horizontal direction by the solid material below, causing horizontal tensile stresses at the top surface of SLM produced parts. These horizontal stresses exert a pulling force which would cause the part to curl up if it were not anchored to the base plate. Because the part is anchored, curl up is avoided but vertical tensile stresses are introduced at the side surfaces. Compressive stress in all directions exists in the center of the part.
Different possibilities to induce lower residual stresses were explored in this work, at various stages throughout the SLM process chain. The effects of thermal and other material properties are difficult to isolate from the influence of process parameters during the process, or material specific problems such as ductile to brittle transitions, solidification cracking, and low temperature allotropic transformations. Overall, using process parameters that increase the heat input reduces macroscopic residual stresses. This includes using thin layers, slow scan speeds, high laser powers and most importantly, base plate preheating. In addition, modified alloy compositions introduce benefits of tailored mechanical properties and, to a certain extent, a tailored microstructure. Finally, the impact of residual stress on the mechanical behavior was highlighted by the overlap of 2D maps of the residual stress with the observed crack growth behavior of Ti6Al4V compact tension specimens produced by SLM.
Base plate preheating, as well as tailored alloy compositions may provide the largest gains. Combining all the favorable procedures described in this work will lower residual stresses, which enables production of bigger parts or processing of new materials.status: Publishe
De invloed van compressiekrachten op het fasegedrag van amorfe vaste dispersies
No full textstatus: Publishe
Productie en karakterisering van NiTi gebonden TiC basis cermets ,,
No full textTiC/Ti(C,N) based cermets with a Ni binder are used as cutting tools for finishing and semi-finishing operations and are promising materials for metal-forming tools and wear resistant components due to their high hot hardness, chemical stability and good wear resistance. However, the modest toughness limits their application range. A near-atomic NiTi alloy has a higher ductility and strength than the conventionally used Ni binder and might allow to improve the toughness of TiC/Ti(C,N) based cermets. The main goal of this PhD work was to develop NiTi-bonded TiC-based cermets (binder content ≤ 30 vol%) with an improved toughness and a comparable hardness compared to Ni bonded TiC-based cermets.status: Publishe
- …
