Integrierter Ansatz zur lokalen, electron channeling basierten Spannungs- und Dehnungsmessung im Rasterelektronenmikroskop (εpsilator.X3)

• Antragsteller: Professor Dr. Christian Motz
• Fachliche Zuordnung: Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 445818037

Die Eigenschaften vieler Materialien gehen auf deren Mikrostruktur zurück. Während die geometrischen Strukturen dieser Materialien durch bereits etablierte Verfahren auf der Makro-, Mikro- und Nanoebene charakterisiert werden können, sind die lokalen Eigenschaften in vielen Bereichen zwar auf der Makroebene aber nur teilweise auf der Mikroebene bestimmbar. Vor allem lokale mechanische Spannungen und Deformationen sind bislang nicht ohne großen apparativen Aufwand, bspw. XRD im Synchrotron, mit ausreichender Genauigkeit ortsaufgelöst auf der Mikro- und Nanoebene messbar, jedoch für Gefügeentwicklung von erheblichem Interesse. In den vergangenen Jahren wurde eine Vielzahl neuer Methoden zur lokalen Verformungsanalyse in der Elektronenmikroskopie entwickelt und weiterentwickelt, wobei bei den meisten der Methoden die Entwicklung noch nicht abgeschlossen ist. Neben der digitalen Bildkorrelation (DIC) an REM-Abbildungen war eine wesentliche neue Methodik die Deformationsanalyse mittels electron back scatter diffraction (EBSD), insbesondere durch high resolution HR-EBSD. Letztere stellt eine Kombination der digitalen Bildkorrelation und der EBSD dar und ermöglicht eine lokal hochaufgelöste, hochgenaue Bestimmung des Deformationszustandes des Kristallgitters, kann bislang jedoch nur mit der kommerziellen Software CrossCourt durchgeführt werden. Zudem ergeben sich einige Probleme teilweise aus der Software selbst teilweise aus der Natur der zugrundeliegenden EBSD-Technik.Das Verfahren ist durch diese unempfindlich für hydrostatische Dehnungen und liefert lediglich Deformationsdaten relativ zu einem lokalen Bezugspunkt. Im Hinblick auf diese Problematik ist die Adaption der hierbei angewandten Methoden auf das ältere selected area channeling (SAC) vielversprechend. SAC liefert dem EBSD grundsätzlich ähnliche Daten in Form von Elektronenbeugungsbildern. Diese Pattern zeichnen sich gegenüber denen des EBSD jedoch durch höhere Qualität sowie eine höhere und weitgehend frei wählbare Winkelauflösung aus. Dies ermöglicht präzisere Deformationsmessungen mit den der HR-EBSD zugrundeliegenden Methoden. Die Adaption der ursprünglich EBSD entwickelte Kikuchi bandlet method (KBM) erlaubt zudem Zugang zu den hydrostatischen Dehnungsanteilen. Auch ist im Gegensatz zur EBSD die Verwendung dynamisch simulierter Pattern als Bezugspunkt denkbar, was wiederum absolute Deformationsmessungen ermöglicht. Kritisch für alle genannten Methoden ist jedoch eine effektive Indizierung der Pattern. Dies ist für die Pattern des SAC bislang nur durch das relativ neue dictionary indexing (DI) möglich. Die hier geschilderten Methoden sind komplex und rechenintensiv allerdings auch gut dokumentiert und im Falle der Pattern-Simulation und DI durch die open source EMsoft zugänglich. Die Methoden sollen in diesem Projekt zusammengeführt werden und dadurch Deformationen mit bislang im REM nicht zu erreichender Genauigkeit aufzulösen und durch geeignete Versuche validiert werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen