Feldemissions-Rasterelektronenmikroskop
Final Report Abstract
Die bildgebende Analyse von ungefüllten und gefüllten Polymeren, von endlosfaserverstärkten Kunststoffen sowie von Kunststoff/Metall-Hybriden mittels der hochauflösenden Rasterelektronen-mikroskopie stellt im Bereich der systematischen Erforschung von Prozess-Struktur-Eigenschafts-beziehungen von Kunststoffbauteilen in vielerlei Hinsicht ein unabdingbares Hilfsmittel dar. So kommt das moderne Feldemissions-Rasterelektronenmikroskop mit seinen unterschiedlichen Kontrastierungsmöglichkeiten am Lehrstuhl für Kunststofftechnik (LKT) in den vier Forschungsschwerpunkten, Werkstoffe und Konstruktion, Kunststoffe in der Mechatronik, Formgebung und Additive Fertigung kontinuierlich zum Einsatz. Im Rahmen der laufenden Forschungstätigkeiten bezüglich der Funktionalisierung von Kunststoffen durch gezielte Modifikation mit transparenten, magnetischen, thermisch und elektrisch leitenden Füllstoffen dient die Rasterelektronenmikroskopie grundsätzlich zur Charakterisierung der nano- und mikroskaligen Füllstoffpartikel (z.B. Größe, Geometrie, Beschichtung). Weiterhin zur Bewertung der Einarbeitungsqualität der Füllstoffe in die jeweilige Kunststoffmatrix sowie letztlich zur Validierung gemessener, quantitativer Bauteileigenschaften durch die Herleitung von Kunststoff-Partikel-Wechselwirkungen. Neben einer hohen Auflösung bietet das am LKT vorhandene FE-REM hierfür umfangreiche Möglichkeiten Anschliffe als auch Bruchflächen mit niedrigen Beschleunigungsspannungen artefaktfrei hinsichtlich Topografie und Phasenunterschiede zu untersuchen. Von großem Nutzen ist die hohe Tiefenschärfe des vorhandenen FE-REM u. a. zur Beurteilung des Versagensverhaltens von Reibbelägen im Bereich der Tribologie. Dabei werden Risse und großflächige Ausbrüche in den oftmals faserverstärkten Tribosystemen mit hoher Detailschärfe abgebildet, soweit möglich der Versagensverlauf hergeleitet und darauf aufbauend eine Optimierung am Tribosystem bzw. Werkstoffverbund vorgenommen. Weiterhin trägt die elektronenstrahlbasierte Analysetechnik zur Erforschung von Multimaterialsystemen, sei es von Kunststoff-Kunststoff- oder Kunststoff-Metall-Verbunden, wesentlich bei. Dabei steht insbesondere die Beurteilung der Verbundausbildung durch die Analyse von Bruchbildern im Fokus. Neben einer materialschonenden Kontrastierung gibt die Elementanalyse mittels des EDX-Detektors dabei wichtige Hinweise auf die Wirkung von Haftvermittlersystemen, welche unterschiedlich auf den Oberflächen zur Steigerung der Verbundfestigkeit appliziert wurden. So konnte exemplarisch im Rahmen eines BMBF-Projektes umfangreiche Erkenntnisse bzgl. des stoffschlüssigen Verbundes innerhalb eines Kunststoff/ Metall-Hybrids mit Hilfe des FE-REM generiert werden. Darüber hinaus kam die Rasterelektronenmikroskopie am LKT zur Analyse des Herstellprozesses und den daraus resultierenden Anwendungseigenschaften bei Mikrobauteilen aus Kunststoff zum Einsatz. Bei Bauteilen mit Mikrostrukturen bzw. -geometrien ist deren Abformbarkeit u.a. von Faktoren wie der Einspritzgeschwindigkeit, dem Werkzeuginnendruck und den Prozesstemperaturen abhängig. So konnte im Rahmen der durchgeführten Studien innerhalb der Forschergruppe 702 mit Hilfe von REM-Aufnahmen durch das Expansionsspritzgießen mit seiner erhöhten Fließfrontgeschwindigkeit eine verbesserte Abformgenauigkeit im Vergleich zu herkömmlich spritzgegossenen Bauteilen erzielt werden. Für den Sonderforschungsbereich 814, Additive Fertigung, trägt die Rasterelektronenmikroskopie wesentlich dazu bei, die eingesetzten Kunststoffpulver hinsichtlich ihrer Eigenschaften zu charakterisieren. Beispielsweise wird die Partikelform und -oberfläche signifikant durch das Zerkleinerungsverhalten bei der Pulverherstellung beeinflusst. Des Weiteren können Sinterbauteile hinsichtlich des laserinduzierten Aufschmelzverhaltens der Pulverpartikel im Bauprozess sowie des Auftretens von Mikroporen, also Fehlstellen, mittels des FE-REM untersucht werden. Durch die systematische Bauteilcharakterisierung soll ein umfangreiches Prozessverständnis aufgebaut werden, wodurch mittelfristig die Eigenschaften von Sinterbauteilen an Spritzgießbauteile angenähert werden sollen.
Publications
- A contribution for qualitatively modeling of friction and wear behavior of thermoplastics. SPE Proceedings ANTEC 2012, Orlando (USA)
D. Drummer, M. O. Kobes, D. Merken
- Assembly injection molded friction clutches as mechanical overload protection for mechatronic devices. Electrical Drives Production Conference, 2012, S. 292-297
D. Merken, D. Drummer
- Kunststoff-Metall-Hybridtechnik – Im Spritzguss stoffschlüssig verbunden. Adhäsion Kleben & Dichten, 7-8/2012
J. Vittinghoff, D. Drummer
- Mikrostrukturen detailgetreu abformen. Mikroproduktion 03/2012, S. 57-61
D. Drummer, K. Vetter
- Polymerblends for Selective Laser Sintering: Material and Process Requirements. Physics Procedia 39/2012, S. 509-517
D. Drummer, K. Wudy, F. Kühnlein, M. Drexler
- Spritzgießen von Mikrobauteilen durch Schmelzevorkompression. 3. Industriekolloquium der Forschergruppe 702, 2012, Aachen, S. 55-65
D. Drummer, G. W. Ehrenstein, K. Vetter
- Thermal Influences on the Joining Behavior of Partly Aromatic High Temperature Polyamide (PA6/6T) in Assembly Molding. Material Science and Engineering, September 2012, Darmstadt
M. Vetter, D. Drummer
- Temperature and Sliding Distance Dependency of Assembly molded Friction Clutches. SPE Proceedings ANTEC 2013, Cincinnati (USA)
D. Merken, D. Drummer
- Sintermagnete aus einem Guss. Kunststoffe 03/2014, S. 100-103
S. Messingschlager, D. Drummer
- Wavelength Dependent Haze of Transparent Glass-Particle Filled Poly(Methyl Methacrylaete) Composites. ISRN Optics, Volume 2014, Article ID 802369
W. Wildner, D. Drummer
(See online at https://dx.doi.org/10.1155/2014/802369)
