Computertomographische Untersuchung und FE-Simulation zum Einfluss der Herstellungsprozessparameter und Einsatzbedingungen auf das Gefüge und die Eigenschaften ausgewählter Werkstoffsysteme

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Wolfgang Tillmann
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien ; Beschichtungs- und Oberflächentechnik ; Glas und Keramik und darauf basierende Verbundwerkstoffe ; Materialien und Werkstoffe der Sinterprozesse und der generativen Fertigungsverfahren ; Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 316930056

In diesem Antrag wird ein röntgentomographisches Mikroskop (XTM) beantragt, mit dem unter Verwendung einer Mikrofokus-Röntgenröhre spezielle mikrotomographische Analysen durchgeführt werden können. Mit dem neuen XTM werden die Einschränkungen des µCT Scanning Systems, das an der TU Dortmund vorhanden ist und welches nur die direkte geometrische Vergrößerung zulässt, umgangen. Einer der Hauptvorteile des beantragten XTM besteht darin, dass die wahre räumliche Auflösung, die bis in den Sub-Mikrometerbereich reicht, bis auf große Abstände zwischen der Probe und der Röntgenquelle aufrecht erhalten werden kann. Ein weiterer Hauptvorteil ist, dass durch Anwendung spezieller Abbildungstechniken wie der Phasenkontrasttomographie, der Zweienergietomographie oder der Beugungskontrasttomographie zusätzliche Informationen über die Probe gewonnen werden können. Dieses Hochleistungs-XTM soll für verschiedene Forschungsthemen eingesetzt werden:- Werkstoffentwicklung und -technologie: Einfluss der Herstellung auf das Gefüge und die mechanischen Eigenschaften von AM- und PM-Werkstoffen, partikel- und faserverstärkten Verbundwerkstoffen mit metallischer und plastischer Matrix sowie von thermisch gespritzten Schichten- Produktiontechnik: Einfluss der Metallurgie und der Bearbeitung von Werkstoffen auf das Gefüge; Einfluss der lokalen Eigenschaften in Filtersystemen auf die Abscheidung von Partikeln- Biomedizintechnik: Einfluss der Beschaffenheit von Oberflächen, deren chemischer Veränderung und Krümmung auf das Wachstum biologischer Filme; FE Simulation des Blutflusses im Gefäßsystem mit dem Ziel, den Bruch von Aneurysmen vorherzusagen sowie die Geometrie von Stents und Coils zu optimierenDie XTM soll in den vorgenannten Forschungsgebieten eingesetzt werden, um 3D-Bilder der Werkstoffsysteme mit höchster räumlicher und Kontrastauflösung zu akquirieren. Es sind verschiedene in situ-Experimente vorgesehen, für welche Belastungseinrichtungen konstruiert und gebaut werden. Unter Verwendung dieser Einrichtungen wollen die Antragsteller solche Gefügeveränderungen im (Sub-)Mikrometerbereich aufzeichnen und analysieren, welche durch die Herstellung, durch eine mechanische, korrosive oder thermische Belastung oder durch Erosion verursacht werden. Es ist zu erwarten, dass durch die vorgeschlagene Verknüpfung zwischen den Experimenten und einer auf tomographischen Bildern basierenden Multiskalensimulation ein wesentlicher Erkenntnisfortschritt in den oben genannten Forschungsgebieten erreicht wird. Die vorgesehene Kombination tomographisch gewonnener, hoch aufgelöster 3D-Daten mit den Ergebnissen komplementärer Abbildungsverfahren (z.B. REM mit EDX- und EBSD-Analyse) ist ein weiterer wesentlicher Baustein, der dazu beitragen wird, die beobachteten Phänomene und Effekte zu verstehen.

• DFG-Verfahren: Großgeräteinitiative
• Großgeräte: Hochleistungs-Röntgentomographiemikroskop
• Gerätegruppe: 4070 Spezielle Röntgengeräte für Materialanalyse, Strukturforschung und Werkstoff-Bestrahlung
• Mitverantwortliche: Professor Dr.-Ing. Dirk Biermann; Professor Dr.-Ing. Rüdiger Deike; Professor Dr.-Ing. Alfons Fischer; Professorin Dr.-Ing. Jeanette Hussong; Professor Dr.-Ing. Andreas Menzel; Professor Dr.-Ing. Jörn Mosler; Professor Dr.-Ing. Markus Stommel; Professor Dr. Metin Tolan; Professor Dr. Stefan Turek; Professor Dr.-Ing. Frank Walther; Privatdozent Dr. Frank Weichert