Werkstoffprüfung und Materialanalyse



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Forschung

In den Laboren der Werkstoffprüfung und Materialanalyse finden in enger Zusammenarbeit mit dem Anwendungszentrum HOFZET des Fraunhofer WKI verschiedenste Materialuntersuchungen zur Entwicklung und Untersuchung von konventionellen Werkstoffen und insbesondere Kunststoffen sowie biobasierten Werkstoffen (Biopolymere, naturfaserverstärkte Verbundwerkstoffe, Papier etc.) oder anderen Produkten aus nachwachsenden Rohstoffen statt.

In der Werkstoffprüfung werden z.B. verschiedenste mechanische Prüfverfahren (Zug-, Druck- oder Biegeversuch, Härteprüfung und Kerbschlagbiegeversuch, Warmformbeständigkeit, Computertomographie) durchgeführt. Außerdem werden durch verschiedene Bewitterungsuntersuchungen die chemische Stabilität und die Langzeiteigenschaften analysiert.

Im Rahmen der Materialanalyse werden z.B. Partikel- und Faseranalysen, Oberflächenanalysen sowie tribologische Prüfungen durchgeführt.

Durch verschiedenste ergänzende mikroskopische Analysen (Rasterelektronenmikroskopie inkl. EDX, Lichtmikroskopie, Heiztischmikroskopie), thermische Untersuchungen (Rheologie, Dynamische Differenzkalorimetrie, Pyrolyse) und optische Messverfahren (Fibershape) können die Ergebnisse besser interpretiert werden.

Interessante Techniken

Computertomograph Procon X-Ray CT-AlphaDuo

Technische Daten:

  • 240-kV-Mikrofokus- und 225-kV-High-power-Röntgenröhre
  • 4MP-Detektoren
  • Proben: Durchmesser max. 500 mm, Höhe max. 400 mm, Gewicht max. 25 kg
  • In-situ-stage für 4-Punkt-Biegeversuche
  • Z-Schacht für weitere In-situ-Aufbauten (z. B. Fluide, Druck usw.)
  • Scanvolumen abhängig von Aufnahmemodus:
  • 500 mm Durchmesser, 250 mm Höhe
  • 250 mm Durchmesser, 400 mm Höhe
  • Minimale Voxelgröße: < 1 μm

Im Verbund mit dem Anwendungszentrum HOFZET des Fraunhofer WKI können verschiedenste CT-Messfragestellungen bearbeitet werden.

Rasterelektronenmikroskopie inkl. EDX für Elementaranalyse, Linescans und Mapping

Als Rasterelektronenmikroskop (REM) wird ein Elektronenmikroskop bezeichnet, bei dem ein Primärelektronenstrahl über eine Probe geführt (gerastert) wird. Dabei entstehen Wechselwirkungen zwischen den Elektronen und der Probe und somit wird ein Bild erzeugt. Der gesamte Vorgang findet normalerweise im Hochvakuum statt, um Wechselwirkungen mit Atomen und Molekülen in der Luft zu vermeiden. Haupteinsatzgebiete eines REMs sind die Material- und Schadensanalyse.

Die Rasterelektronenmikroskopie hat einige Vorteile gegenüber der traditionellen Lichtmikroskopie:

  • hohe Schärfentiefe
  • erhöhtes Auflösungsvermögen
  • geringer Aufwand bei der Probenpräparation
  • einfache Adaption von zusätzlichen Messgeräten für die Mikroanalyse

Beim Beschuss der Probe mit dem Elektronenstrahl entstehen Sekundärprodukte, die für die bildliche Darstellung sowie für die Materialanalyse genutzt werden können. Die Sekundärelektronen (SE) und die Rückstreuelektronen (RSE) sind die verwendeten Signale für die Bilderzeugung. Für die Materialcharakterisierung werden Röntgenstrahlen (X-ray) genutzt, die mit einem energiedispersiven (EDX) Spektrometer analysiert werden. Eine weitere Entwicklung beim REM ist der Einsatz von VP-Blenden (Variable Pressure). Dadurch ist es möglich, stark gasende, feuchte sowie nicht leitfähige Proben zu mikroskopieren und zerstörungsfreie Untersuchungen zu realisieren.

Dynamische Differenzkalorimetrie (DDK/DSC): DSC 204 F1 Phoenix Netzsch

Die Dynamische Differenzkalorimetrie (DDK) oder auch Differential Scanning Calorimetry (DSC) ist ein Verfahren der thermischen Analyse und misst die spezifische Wärme einer Probe in Abhängigkeit von der Temperatur. Charakteristische thermische Eigenschaften von Biopolymeren wie Schmelzpunkte, Glasübergangstemperaturen und Kristallisationsvorgänge lassen sich mithilfe der DSC ermitteln und grafisch darstellen.

In der Kunststofftechnik wird dieses Prüfverfahren in den Bereichen der Entwicklung, Herstellung, Eingangskontrolle, Qualitätssicherung und Schadensanalyse von Formteilen eingesetzt.

Technische Daten:

  • Temperaturmessbereich: -180 °C- 700 °C
  • Heizratenbereich: 0,001 K/min – 200 K/min
  • Kühlratenbereich: 0,001 K/min – 200 K/min
  • Kühlung: max. 200 K/min; automatisch geregelte Flüssigstickstoffkühlung
  • Basislinienoptimierung: BeFlat®
  • Automatischer Probenwechsler: DSC 204 F1 Phoenix® ASC für 64 Proben und Referenzbecher

 

 

Ausstattung

Mechanisches Prüflabor

  • Universalprüfmaschine Zwick/Roell Z100 Allround-Line
  • Universalprüfmaschine Zwick/Roell Z020 Allround–Line
  • Tischprüfgerät Zwick/Roell Z2,5 TN zwicki–Line
  • Pendelschlagwerk Zwick/Roell HIT25P

Thermisches und rheologisches Prüflabor mit Bewitterung

  • HDT- und Vicat-Prüfsystem CEAST HV500 Instron
  • Dynamisch-mechanische Analyse: DMA 242 E Artemis® Netzsch
  • Dynamische Differenzkalorimetrie (DDK/DSC): DSC 204 F1 Phoenix Netzsch
  • Rheologie: Hochdruck-Kapillarrheometer
  • MFR/MVR-Fließprüfgerät
  • Fließspirale
  • Klimawechselschrank ARS-1100 ESPEC und UV-Schnellbewitterungsgerät

Bildgebende Verfahren und optische Analytik

  • Computertomographie
  • diverse Lichtmikroskope
  • Heiztischmikroskop Axio Scope.A1 Zeiss
  • zwei Rasterelektronenmikroskope inkl. EDX für Elementaranalyse, Linescans und Mapping
  • 3D-Digitalmikroskop
  • Partikel-, Faseranalytik und Charakterisierung per Fibershape
  • Farb- und Glanzmessgerät

Weitere Prüfgeräte

  • Kontaktwinkelmessgerät und Tensiometer DCAT 21
  • Feuchtebestimmung mit Aquatrac + und Aquatrac-3E
  • Dichtebestimmung mit Elektronischer Analysewaage EL204/01
  • Mikrotom

Impressionen

Das Team

Teamleitung Thermomechanische Prüfungen und Rheologie