Röntgendiffraktometer

• Fachliche Zuordnung: Produktionstechnik
• Förderung: Förderung in 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 494542718

Das Institut für angewandte Materialien - Werkstoffkunde (IAM-WK) und das Institut für Produktionstechnik (wbk) befassen sich mit den Ursachen, der Messung und der Bewertung von Eigenspannungen und Phasenumwandlungen bei fertigungs- und werkstofftechnischen Prozessen. Hierbei hat sich die Röntgendiffraktometrie als unersetzliches Werkzeug erwiesen. In den letzten Jahren ist in den Instituten durch neue Forschungsgebiete wie additive Fertigung und Verzahntechnik der Bedarf an bauteilnahen, flexibel und automatisiert durchführbaren Untersuchungen stark gestiegen. Besonders betrifft dies die Arbeitsgruppen von Prof. Volker Schulze, namentlich die Abteilung „Fertigung und Bauteilverhalten“ am IAM-WK sowie den Forschungsbereich „Fertigungs- und Werkstofftechnik“ am wbk. Ein Forschungsschwerpunkt beider Gruppen ist die Vorhersage von Bauteilzuständen mit numerischen Methoden und Verfahren des maschinellen Lernens für verschiedene Fertigungsprozesse, wofür Validierungsdaten möglichst schnell verfügbar sein müssen. Dies erfordert die derzeit nicht gegebene Möglichkeit der Eigenspannungsmessung im Hochdurchsatz an bauteilnahen Proben. Hinzu kommt die am IAM-WK in den Abteilungen „Physikalische Metallkunde“ (Prof. Martin Heilmaier) sowie den Abteilungen „Struktur- und Spannungsanalyse“ und „Defekte in Materialien“ (Prof. Astrid Pundt) teils mit röntgenographischen Verfahren betriebene Untersuchung von Prozess-Struktur-Eigenschafts-Beziehungen bei der additiven Fertigung. Der hierdurch wachsenden Nachfrage an Messaufgaben bei gleichzeitig steigender Diversifizierung kann die am IAM-WK bestehende röntgenographische Infrastruktur mittlerweile nur noch eingeschränkt gerecht werden. Dabei ist die bisherige Beschränkung auf kleine (wenige cm³) und maximal 3 kg schwere Proben mit ausschließlich stationär betriebenen Diffraktometern und verhältnismäßig unflexiblen Messaufbauten eine Hürde bei der Bearbeitung technologischer Fragestellungen auf Bauteil- und Fertigungsebene. Die Agilität in der Bearbeitung und Aufklärung wissenschaftlicher Fragestellungen, beispielsweise hinsichtlich der statistisch abgesicherten Charakterisierung von oberflächennahen Eigenspannungsverteilungen in lateraler und in Tiefenrichtung auf Bauteilen und bauteilnahen Proben, wird hierdurch erheblich eingeschränkt. Gleichzeitig eröffnen moderne Diffraktometer die Möglichkeit zur flexiblen und automatisierten Charakterisierung von mitunter großen Bauteilen aus verschiedenen Werkstoffen. Verbunden mit moderner Detektortechnik lassen sich dabei unter günstigen Messbedingungen extrem kurze Messzeiten realisieren. Im vorliegenden Antrag wird dargestellt, wie die Anschaffung eines solchen Diffraktometers erlauben wird, neue und mit den bisher verfügbaren Ressourcen nicht bzw. nur unzureichend zugängliche wissenschaftliche Fragestellungen in den beschriebenen Themenfeldern zu beantworten.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Röntgendiffraktometer
• Gerätegruppe: 4011 Pulverdiffraktometer
• Antragstellende Institution: Karlsruher Institut für Technologie
• Leiter: Professor Dr.-Ing. Volker Schulze