Mikro-Radiografie und Mikro-Computertomografie mit Absorptions- und Phasenkontrast fur die Materialcharakterisierung

摘要

Mikro-Radiografie (RT) und Mikro-Rontgencomputertomografie (CT) sind Verfahren, die seit vielen Jahren in der Materialcharakterisierung eingesetzt werden. In diesem Beitrag werden insbesondere hochauflosende Verfahren und Phasenkontrastverfahren prasentiert, wobei verschiedenste Anwendungen aus dem Kunststoff und Metallbereich prasentiert werden. Rontgen-Computertomografie (CT) entwickelte sich aus den Diagnoseverfahren der Medizin und wird nun schon seit mehr als 10 Jahren sehr erfolgreich fur technische Anwendungen eingesetzt. CT findet Anwendung in der zerstorungsfreien Prufung von Bauteilen und Werkstoffen, der messtechnische Erfassung von Aussen- und Innengeometrien und in einer Vielzahl anderer Gebiete. Mit modernen Mikrofokus- oder Nanofokusrohren und dementsprechend hochauflosenden Detektoren erreicht man auch mit Laborgeraten Auflosungen von deutlich unter 1 μm. Es werden Ergebnisse von unterschiedlichsten Werkstoffen wie Holz, Kunststoffe und Metalle prasentiert. Mittels CT wird "virtuelle Metallografie bzw. Materialografie" betrieben und es konnen verschiedene Phasen wie Fe-Aluminide, Mg2Si oder Poren in Aluminium-Legierungen aufgelost werden. Bei glasfaserverstarkten Kunststoff-Proben (GFK) lassen sich beispielsweise die einzelnen Glasfasern mit CT auflosen und mittels geeigneten Softwaretools entsprechend quantifizieren. Quantitative Daten von Fasern konnen die Orientierung, der Durchmesser oder die Lange der einzelnen Fasern sein, mit denen in weitere Folge auf mechanische Eigenschaften des Polymers ruckgeschlossen werden kann. Daruber hinaus bietet die CT-Technologie die Moglichkeit, in-situ Untersuchungen durchzufuhren. Beispielsweise konnen In-situ-Zugversuche direkt im CT durchgefuhrt werden, um das Schadigungsverhalten eines Werkstoffes besser zu verstehen. Mit der konventionellen CT kann cine dreidimensionale Verteilung des Absorptionskoeffizienten erfasst werden. Mit Hilfe eines Talbot-Lau Interferometers kann eine differentielle Phasenkontrasttomografie durchgefuhrt werden, bei der gleichzeitig die Absorption, die Phasenverschiebung und das Streufeldbild (=Dunkelfeldbild) ermittelt werden. In diesem Beitrag werden kohlenstofffaserverstarkte Kunststoff Laminate (CFK) sowie glasfaserverstarkte Kunststoffproben mittels eines Talbot-Lau Interferometermessaufbaus untersucht. Die Dunkelfeldtomografie ermoglicht eine Charakterisierung der einzelnen Kohlenstoff-Faserbundel in den CFK-Proben. Die anisotropen Eigenschaften der Ultrakleinwinkelstreuung werden dazu verwendet, um Richtungsinformationen auf Mikrostrukturebene aus der Probe zu generieren. Anhand der CFK-Laminaten konnen dadurch die einzelnen gleichgerichteten Faserbundel extrahiert werden, obwohl die einzelnen Kohlenstofffasern deutlich unter der Auflosungsgrenze liegen. Durch Kombination von zwei aufeinander normalen Dunkelfeld-CT Messungen konnen somit die Gewebearten von 0/90 Grad Gelegen visualisiert und quantifiziert werden. In mittels Spritzguss hergestellten GFK-Proben werden in den Dunkelfeld-CT Daten die Faserhauptorientierungen in den Materialien sichtbar. Somit ist eine qualitative Darstellung von anisotropen Faserorientierungen (z.B. Bindenahte) moglich.