Beyond 3D - Tomographische Methodenentwicklung, Datenanalyse und Anwendungen in der Materialwissenschaft als integrierter Ansatz für dynamische und Hochdurchsatz-Mikroskopie (Beyond 3D)

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Hans-Georg Herrmann
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien ; Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 316923640

Im Rahmen des Antrags schlagen wir ein komplementäres Röntgenmikroskopie-Konzept vor. Dieses besteht aus einem hochauflösenden CT-System und einem Hochdurchsatz CT-System. Um eine mesoskalige Mikrostrukturanalyse im Hochdurchsatzverfahren durchzuführen, präsentieren wir einen integrierten Ansatz, der die Themen Methodenentwicklung Tomographie, Datenanalyse und Anwendungen in der Materialwissenschaft beinhaltet. Die Röntgenmikroskopie als ein sich schnell entwickelnder Bereich der Computertomographie hat das Potenzial zahlreiche Probleme in der Materialwissenschaft zu lösen. Zu diesem Zweck sollten nicht nur Geräte und Methoden, die dem Stand der Technik entsprechen, auf verschiedene Materialklassen angewandt werden, sondern vielmehr neue methodische Ansätze entwickelt und getestet werden. Um der Entwicklung der Gerätetechnik Rechnung zu tragen soll die beantragte Anlage einerseits bereits ihre Leistungsfähigkeit bewiesen haben und andererseits die Möglichkeit bieten, neue experimentelle Ansätze zu integrieren. Für die Umsetzung dieser Aufgaben schlagen wir ein komplementäres Röntgenmikroskopie-Konzept vor. Dieses besteht aus einem hochauflösenden CT-System und einem Hochdurchsatz CT-System. Hochdurchsatz wird mit einem bereits existierenden microCT-System erreicht, das vom Fraunhofer IzfP für das Projekt bereitgestellt wird und mit 2 in-situ Probentischen ausgestattet werden soll (für Ermüdungsexperimente bis 400 N Maximalkraft und dynamische Spannung/Dehnung bis 15 kN). Für ein weitergehendes und fundamentales Verständnis der Entstehung und Entwicklung von lokaler Schädigung zu erreichen, ist eine komplementäre hochaufgelöste Analyse mit bis zu 60nm Voxelgröße notwendig. Dies wird mit Hilfe des XRM II Röntgenmikroskops erreicht, das eine direkte Vergrößerung von 100x bis 1000x mit korrespondierenden Voxelgrößen von 60 nm (0,12 mm Sichtfeld) bis 600 nm (1,2 mm Sichtfeld) ermöglicht. Ausgehend von einer materialwissenschaftlichen Fragestellung werden Röntgen-CT Untersuchungen im Hochdurchsatzverfahren und / oder in hoher Auflösung durchgeführt. Hochdurchsatz wird im weiteren Sinne entweder als Tomographie zahlreicher Bereiche der Probe zur statistischen Absicherung, als Abbildung dynamischer Prozesse oder als Multiskalenabbildung in unterschiedlichen Auflösungen interpretiert. Nach der Datenaufnahme ist stets ein Datenverarbeitungs- und Datenanalyseschritt notwendig, um die große Menge an Rohdaten in statistisch relevante, quantitative Ergebnisse zu überführen, die geeignet sind, die zu Grunde liegende Hypothese zu bestätigen oder zu widerlegen. Auf Grundlage der gewonnenen Informationen wird dann der Kreis zu der Materialwissenschaftlichen Fragestellung geschlossen, indem neue Materialmodelle entwickelt, Materialeigenschaften berechnet, die Mikrostruktur optimiert und neue Hypothesen entwickelt werden.

• DFG-Verfahren: Großgeräteinitiative
• Großgeräte: Röntgenmikroskop
• Gerätegruppe: 4070 Spezielle Röntgengeräte für Materialanalyse, Strukturforschung und Werkstoff-Bestrahlung
• Mitverantwortliche: Professor Dr.-Ing. Stefan Diebels; Professor Dr. Peter Gumbsch; Professor Dr. Randolf Hanke; Professor Dr. Christian Motz; Professor Dr.-Ing. Frank Mücklich; Professor Dr. Volker Presser; Professor Dr. Thomas Schuster; Professor Dr.-Ing. Philipp Slusallek; Professor Dr. Joachim Weickert