Mikrocomputertomograph
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Verwendung der Mikrocomputertomographie (μ-CT) konzentrierte sich a) auf die zerstörungsfreie Strukturerfassung von zellularen keramischen Werkstoffen, b) auf die Untersuchung von Defekten in neuartigen Feuerfestwerkstoffen und in Schweißverbindungen sowie c) auf die Charakterisierung von keramischen Schichten auf metallischen und keramischen planaren und zellularen Werkstoffen. Weitere Arbeiten befassten sich d) mit der Strukturerfassung und -beschreibung von ausgewählten Teilen des humanen os temporale mit dem Hintergrund, diese für den generativen Nachbau für 3D-Modelle weiterzuverwenden, e) mit der Charakterisierung von metallischen Verbindungen in PKW-Kraftstoffleitungen, f) mit der Sichtbarmachung von gestanzten Zahlen-/Nummerncodierungen in Metallblechen, g) mit der Mikrostruktur von Faserverbundwerkstoffen und h) mit der Sichtbarmachung von Fehlern in ZrO2-haltigen polymerabgeleiteten Keramiken. Im Rahmen der oben genannten Arbeiten konnte die zellulare Struktur von keramischen Schäumen erfasst und bewertet werden. Dabei ermöglichten die mittels μ-CT erfassten Daten, Strukturen von keramischen Schäumen unterschiedlicher Prozessherkunft quantitativ miteinander zu vergleichen. Ebenso gelang es, durch Opferwerkstoffe zusätzlich in keramische Schäume eingebrachte Stegporosität mittels μ-CT bezüglich Porengröße und Porenverteilung semiquantitativ zu erfassen. Bei der Herstellung von neuartigen Glasschäumen konnte mittels μ-CT nachgewiesen werden, dass die Stege und Zellen dieses Werkstoffs trotz viskosen Flusses während der Glasbildung erhalten bleiben An diesen Werkstoffen wurde nachgewiesen, dass sie mit offenporiger Morphologie auch in fluiddynamischen (katalytischen) Prozessen eingesetzt werden können. Weitere Untersuchungen zeigten, dass sich die Stege von mittels Retikulatverfahren hergestellten Glasschäumen mit fluiden, vernetzbaren Medien infiltrieren und die Stegwände dabei gut benetzen lassen. Im Rahmen der von der DFG geförderten und laufenden Forschungsprojekte wurde in der ersten Förderperiode ein Bewertungsverfahren für das Thermoschockverhalten von Feuerfestkeramiken entwickelt und erfolgreich erprobt. Die Hohlzylinder und Zylinder wurden vor und nach der zyklischen Wärmebehandlung in dem Simulations- und Prüfzentrum Gleeble 3500 mit Hilfe von μ-CT analysiert. Die Bildanalyse zeigte eine Schädigung (Risse) durch den Temperatureinfluss. Auch für die Charakterisierung der neuartigen Feuerfestwerkstoffe dienten μ-CT-Analysen gleichfalls zur Erfassung der Rissentstehung und -ausbreitung bei Thermoschockprüfungen durch Aufschrecken mit Plasmastrahl. Hierbei konnte der Ort der Rissentstehung detektiert werden. An keramischen Schichten konnte die Grenzfläche zwischen Beschichtungs- und Grundwerkstoff sichtbar gemacht werden. Dabei gelang es, Segregationseffekte nachzuweisen bzw. auszuschließen. Ebenso wurden Beschichtungen von keramischen Schäumen, die in Hochtemperaturanwendungen eingesetzt werden sollen, hinsichtlich Dicke und Haftung charakterisiert. Im MWFK-Forschungsprojekt „Herstellung von komplexen Hochleistungs-Keramikbauteilen auf Basis von Aluminiumoxid durch Fügetechniken und Rapid Manufacturing" wurde das Schweißen von Aluminiumoxidproben miteinander mittels Plasmastrahlverfahren und Laserstrahlverfahren sowie als Verfahrenskombinatron untersucht. Variiert wurden der Aluminiumoxidanteil, die Probendicke und die Stoßart sowie jeweils die Vorwärmtemperatur und die Schweißparameter. Die zerstörungsfreie Betrachtung einzelner bruchverantwortlicher Fehlstellen erfolgte nach dem Fügen mit μ-CT. Es sind Defekte wie Risse und Poren im Volumen des Schweißgutes, verursacht durch den Fügeprozess, detektiert und quantitativ erfasst worden. In einem weiteren AiF-Gemeinschaftsprojekt wurden Legierungssysteme für Fülldrähte auf Aluminiumbasis zum Schweißen von Aluminium-Druckguss- und Knetlegierungen entwickelt. Als wichtiger Teil des Vorhabens wurden die Porenentstehung im Al-Druckguss und deren Reduzierungsmöglichkeiten untersucht. Durch den ausgasenden Wasserstoff, der während der Herstellung von Druckgusslegierungen zwangsgelöst war, entstehen während des Schweißens vermehrt Poren im Schweißgut. Schweißmetallurgische und schweißtechnologische Maßnahmen für das porenfreie Verbindungsschweißen von Druckgusslegierungen wurden abgeleitet. Es wurden Al-Fülldrähte entwickelt und eine Anpassung der chemischen Zusammensetzung des Schweißgutes an die Legierungsgehalte der zu verbindenden Grundwerkstoffe vorgenommen. Mittels μ-CT wurden die Al-Fülldrähte und weitere Zusatzwerkstoffe in ihrer Beschaffenheit 3D zerstörungsfrei analysiert. Ebenso wurden die sich ergebenen Porositäten in Abhängigkeit des Wasserstoffgehaltes von Schweißnähten verschiedener chemischer Zusammensetzung quantitativ erfasst. Laserstahlgeschweißte Bauteilen aus hochfesten Stählen ließen sich im Rahmen des AiF-Forschungsvorhabens „Rechnergestützte Vorhersage der Kaltrisssicherheit laserstrahlgeschweißter Bauteile aus hochfesten Stählen" mit dem μ-CT auf Risse untersuchen. Kaltrisse treten lokal in Schweißverbindungen aus hochfesten Stählen auf, wenn die Kombination der Einflussfaktoren Härtegefüge, Konzentration des Wasserstoffes und das Vorhandensein von Zugspannungen, den kritischen Grenzwert überschreitet. Die Kaltrisse können in der Wärmeeinflusszone oder im Schweißgut, auf der Nahtoberfläche oder im Werkstoff, parallel oder quer zur Schweißnaht entstehen. Die μ-CT-Untersuchungen sind heute für die Detektion von Schweißfehlern in keramischen und metallischen Werkstoffen unabdingbar.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Neuartige Glasschäume mit hoher optischer Transparenz. Forum der Forschung (BTU Cottbus) 22 (2009), 133-138
C. Ohl, M. Kappa, C. Olschewski, V. Wilker, S. Bhattacherjee, F. Scheffler, M. Scheffler
- Novel open-cellular Glass Foams with High Optical Transmittance. J. Am. Ceram. Soc. 94, (2011), 436-441
C. Ohl, M. Kappa, V. Wilker, S. Bhattacharjee, F. Scheffler and M. Scheffler
- Novel-type inorganic foams from preceramic polymers with embedded titania nanoparticles for photocatalytic applications. Adv. Eng. Mater. 11 (2011), 996-1001
S. Bhattacharjee, P.R. Das, C. Ohl, V. Wilker, M. Kappa, F. Scheffler, and M. Scheffler
- Polymer derived ceramic foams with additional strut porosity. Epitöanyag, 63 (2011), 57-60
V. Reschke, A. Laskowsky, M. Kappa, K. Wang, R. K. Bordia, M. Scheffler
- Zellulare Werkstoffe: Mehr als Konstruktion und Leichtbau. 14. Sommerkurs Werkstoffe und Fügen am Inst. f. Werkstoff- und Fügetechnik, 23./24.09.2011 Magdeburg
S. Rannabauer, M. Scheffler
- Zum Problem der Erfassung und Bewertung biomechanischer Eigenschaften von Operationsmodellen (anatomischen Faksimilemodellen) bei Cochlear-Implant-Operationen. 10. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Computer- und Roboterassistierte Chirurgie e. V. (CURAC 2011), 15./16.09.2011, Magdeburg
C. Hahne, M. Scheffler, G. Dietze, B. Karpuschewski, J. Döring, M. Kappa, H. Hessel, U. Vorwerk
- „Experimentelle Untersuchungen und FE-Simulation des Thermoschockverhaltens von Feuerfestkeramiken" Symposium Hochleistungskeramik 2011, 25.-26. Oktober 2011, Karlsruhe
Zhang, W., Doynov, N., Dreibati, O., Wolf, M., Ossenbrink, R., Michailov, V. G.
- „Verfahren zur Charakterisierung thermomechanischer Eigenschaften von Feuerfestkeramiken" Symposium Hochleistungskeramik 2011, 25.-26. Oktober 2011, Karlsruhe
Dreibati, O., Zhang, W., Wolf, M., Ossenbrink, R., Michailov, V. G.
- Alumina-mullite materials for refractory applications: microstructure, physical and finite element simulation of thermal shock behaviour. refractories WOLRDFORUM 4 (2012), 159-164
V. K. Atanga, W. Zhang, O. Dreibati, N. Doynov, M. Wolf, R. Ossenbrink, V. G. Michailov, M. Scheffler
- „Angewandte Lichtbogenprozesse zum Verschleiß- und Korrosionsschutz durch Auftragschweißen von Aluminiumwerkstoffen als Basis einer Fülldrahtentwicklung" 9. Fachtagung Verschleißschutz von Bauteilen durch Auftragschweißen, 13./14.06.2012, Halle (Saale)
Düding, M., Herrmann J., Franik, D., Wocilka, D., Michailov, V. G., Rosert, R.
- „Hydrogen Charging of High Strength Steel Specimens and Physical Simulation of Cold Cracking under Laser Beam Welding Conditions" Materials Science Forum Vols. 706-709 (2012), 1391-1396
Dreibati, O., Ossenbrink R., Michailov V. G.
