Phasenkontrast-Radiographie und -Tomographie mit Neutronenstrahlen zur zerstörungsfreien Materialanalyse

• Antragsteller: Professor Dr. Peter Böni; Professor Dr.-Ing. Hartmut Hoffmann
• Fachliche Zuordnung: Materialien und Werkstoffe der Sinterprozesse und der generativen Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung von 2006 bis 2009
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 27603499

Die Weiterentwicklung von Werkstoffen und die zunehmende Nutzung von Werkstoffeigenschaften als auch die steigende Komplexität der Produkte erfordern den Einsatz zweckoptimierter Prüfverfahren. Insbesondere die zerstörungsfreie Prüfung (ZfP) von Bauteilen und Werkstoffen stellt ein bedeutendes Hilfsmittel bei der Produktentwicklung, der Optimierung von Produktionsverfahren und der Prozesskontrolle dar. Als zerstörungsfreie Prüfmethoden sind die Röntgenradiographie und -tomographie wichtige Instrumente bei der Untersuchung von Werkstücken und Materialien. Daneben ist die Durchstrahlung mittels Neutronen eine weitere Methode, die seit langem auf dem Gebiet der Materialforschung komplementär zur Röntgenprüfung erfolgreich eingesetzt wird. Durch den Einsatz von Neutronenstrahlung ergeben sich wesentliche Vorteile gegenüber der konventionellen Röntgenstrahlung, wie beispielsweise eine höhere Durchdringungstiefe. Bei der Phasenkontrast-Radiographie werden im Vergleich zur konventionellen Radiographie die Welleneigenschaften der verwendeten Strahlung stärker genutzt. Hierdurch erhält man neben dem Absorptionskontrast, der sich aufgrund unterschiedlicher Schwächung der Strahlung auf unterschiedlichen Wegen durch das Objekt ergibt, den so genannten Phasenkontrast, der besonders an Kanten und Grenzschichten im Objekt auftritt und eine deutlich verbesserte Darstellung dieser Übergangsbereiche ermöglicht. Bislang sind nur wenige Anstrengungen unternommen worden, das Potential des Phasenkontrasteffekts für Anwendungen im industriellen Bereich zu untersuchen, obwohl es sich auf Grund von verfahrenstechnischen Eigenschaften anbietet. Ziel des Forschungsvorhabens ist es daher, die Methode der Phasenkontrast-Neutronenradiographie sowie der Phasenkontrast-Neutronentomographie auf zukünftige industrielle Applikationen zu übertragen, da sie insbesondere für die zerstörungsfreie Bauteilprüfung sehr viel versprechend erscheinen. Innerhalb des Forschungsvorhabens wird eine systematische Optimierung der anlagenseitigen Parameter durchgeführt, mit dem Ziel einer qualitativen und quantitativen Bewertung der beiden Messverfahren. In Vorversuchen werden anhand von Messphantomen durch Variation der Scan-, Objekt- sowie der Rekonstruktionsparameter die Verfahren optimiert und validiert. Ausgehend von diesen Ergebnissen erfolgt in den Hauptversuchen die Übertragung der Phasenkontrast-Neutronentomographie (Abbildung in 3D) sowie der Phasenkontrast-Neutronenradiographie (Abbildung in 2D) auf industrielle Anwendungsfälle.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen