Quantitative Bestimmung von Porositatskenngrossen mittels Rontgencomputertomografie und 3D-Bildanalyse fur kohlenstofffaserverstarkten Kunststoffen (CFK) im Flugzeug- und Automobilbau – (PPT)

摘要

Aufgrund der erzielbaren Gewichtseinsparungen werden kohlenstofffaserverstarkte Kunststoffe (CFK) in der Verkehrsindustrie in immer grosserem Umfang eingesetzt. Zur Prufung grosser Bauteilabmessungen aus CFK, z.B. auf Klebefehler, haben sich Ultraschallprufverfahren vielfach bewahrt. Zur Optimierung der Ultraschallprufung zum quantitativen Nachweis von Porositat sind Volumeninformationen zu den Porenkenngrossen notwendig, um eine tragfahige Korrelation zwischen Ultraschallmessgrossen und Porositat herzustellen. Die Rontgencomputertomografie kann hierzu die geeigneten Referenzgrossen liefern. In dieser Arbeit wurden Porositatskenngrossen, wie Porengrossenverteilungen und Porenformfaktoren, in CFK-Proben mittels Rontgencomputertomografie und 3D-Bildanalyse ermittelt und anhand gezielter Schliffpraparation und Lichtmikroskopie validiert. Wichtig ist hierbei gewesen, die Kennwerte in Probenabmessungen charakterisieren zu konnen, welche ausreichend gross sind, um als Ausgangsbasis fur die Entwicklung von Ultraschallprufverfahren zu dienen. Im ersten Schritt wurden verschiedene Verfahren der 3D-Bildanalyse untersucht. Durch Vergleich der virtuellen Schliffbilder (CT-Slices) mit den aus gezielter Schliffpraparation und Lichtmikroskopie erhaltenen Daten wurde das fur die Problemstellung optimale Verfahren entwickelt, wobei die optischen Messungen als Referenz fur die aus CT-Slices und 3D-Bildanalyse erhaltenen Daten verwendet wurden. Das so gewonnene optimierte Verfahren diente im nachsten Schritt zur quantitativen Bestimmung der Porositatskennwerte fur eine statistisch relevante Anzahl an Poren und Proben. Die Bewertung der Gute der Porencharakterisierung erfolgte durch Ermittelung der Messabweichung der Porenkenngrossen der CT-Slices von den mittels Lichtmikroskopie erhaltenen Grossen derselben Ebenen. Es zeigt sich eine sehr gute Ubereinstimmung der Ergebnisse. Zusammenfassend kann man festhalten, dass die entwickelten Werkzeuge die zerstorungsfreie dreidimensionale Bestimmung der Porositatskennwerte in CFK ermoglichen und als Untersuchungs- und Referenzmethode fur die Entwicklung von Ultraschallprufverfahren von essentieller Bedeutung sind.