Kristallstruktur- und Phasenanalysen

Wir entwickeln Kapillarsuspensionen (CapS) mit maßgeschneiderten und anforderungsspezifischen Porositäten und Festigkeiten. Damit realisieren wir Poren- und Werkstoffgradienten sowie komplexe Geometrien, die den Massenan- und -abtransport optimieren und die Effizienz der Energiewandlung erhöhen. 

Wir korrelieren mechanische, elektrische, magnetische oder andere funktionale Eigenschaften mit der Kristall- und Mikrostruktur und erklären Eigenschaftsänderungen während des Einsatzes oder in Folge von Hochtemperatureinsatz, Deformation oder Korrosion. Dazu setzen wir Röntgen-, Synchrotron- oder Neutronenstrahlung ein, um Informationen über die Struktur in polykristallinen Bauteilen zu liefern. Im Labor lassen sich außerdem Zustände erzeugen, wie sie im realen Betrieb des Werkstoffs oder des Bauteils auftreten.

Unsere FuE-Leistungen

• Analyse und Bewertung der herstellungs- und beanspruchungsbedingten Struktur und Phasenzusammensetzung von Werkstoffen.
• Qualitative oder quantitative Analyse der Kristall- und Mikrostruktur.
• Aufklärung von Struktur-Eigenschafts-Beziehungen.
• Ermittlung, Simulation und Bewertung von Spannungen, Dehnungen und Textur in Bauteilen.
• Analyse von Degradationsmechanismen an Werkstoffen in Kontakt mit Wasserstoff.

Je nach Messmethode sind unterschiedliche Probengrößen und Eindringtiefen messbar:

Mit herkömmlichen Labor-Röntgengeräten sind Oberflächenbereiche mit Eindringtiefen von wenigen Mikrometern (1 – 100 µm) zugänglich. Durch Abrastern der Proben können Mappings mit Strukturanalysen erfolgen. Mit Hilfe von Hochenergiestrahlung können jedoch auch im Labor in Transmissionsgeometrie Bulk-Informationen wie Versetzungsdichten oder vollständige Phasenanalysen gewonnen werden.

Mit mobilen Röntgengeräten können Untersuchungen vor Ort oder an schwer zugänglichen Stellen stattfinden. So ist es möglich Eigenspannungen in Gewinden oder in Nuten, sowie an Verbindungstellen zu messen. Zudem können diese Messungen vor Ort an sehr großen Bauteilen oder Installationen vorgenommen werden.

Synchrotronstrahlung besitzt meist eine höhere Energie und ist damit geeignet in Transmissions-Geometrie Informationen aus dem Werkstoffinneren zu liefern. Zudem können ganze Bauteile im realen Betrieb untersucht werden. Auch komplexe Probenumgebungen wie Lastrahmen, elektrische oder magnetische Felder, sowie thermische, chemische oder mechanische Belastungen können eingesetzt oder nachgebildet werden.

Mit Neutronenstrahlung können noch größere Proben oder Bauteile in Transmission gemessen werden, um ähnliche Informationen zu erhalten. Zudem sind Neutronen sensitiv für die magnetische Struktur. Dies erlaubt Untersuchungen, die mit Röntgenstrahlung nicht zugänglich sind. Auch andere Limitierungen wie die Untersuchung von grobkörnigen Materialien sind auf diese Weise möglich. Mit Hilfe geeigneter Versuchsanordnungen können Tiefenprofile oder Mappings innerhalb eines großen Werkstoffs oder Bauteils erfolgen.

In situ und operando Experimente mit unterschiedlichen Stimuli

Im Labor lassen sich Zustände erzeugen, wie sie im realen Betrieb des Werkstoffs oder des Bauteils auftreten. Diese in situ oder operando Experimente können mit Temperatur, elektrischem Feld, Magnetfeld, mechanischer Last und vielen weiteren externen Stimuli betrieben werden. Somit lassen sich beispielsweise Auswirkungen schwankender Prozess- oder Einsatzbedingungen auf Struktur und Eigenschaften erklären oder die Mechanismen der Funktionsweise verstehen, um die Eigenschaften von Materialien und Bauteilen zu verbessern.

Was sind Auslöser für Kristallstruktur- und Phasenanalysen?

• Auffälligkeiten in der Produktion, im Testbetrieb oder im Einsatz (z.B. Festigkeitsminderungen, Rissbildung, Korrosion, Oberflächendefekte).
• Eigenschaftsveränderungen im Betrieb durch externe Einflüsse (thermisch, mechanisch, chemisch, elektrisch, magnetisch oder gekoppelt).
• Einsatz neuer Werkstoffe (Herstellbarkeit, Korrosion, Langzeitstabilität, Festigkeit, Maßhaltigkeit, strukturelle oder funktionale Eigenschaften).
• Optimierung der Mikrostruktur hinsichtlich Fremdphasen, Inhomogenitäten, Ausscheidungen, Segregationen
• Absicherung der Einhaltung von Normen oder Spezifikationen bei Werkstoffen und Bauteilen.
• Funktionscharakterisierung unter realen Betriebsbedingungen (Transportmechanismen, elektrische oder magnetische Felder, mechanische Beanspruchung).
• Bedarf an Inputdaten für Modellierungen oder Werkstoffsimulationen.

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