Röntgenographisches Hochdurchsatzscreening für die gezielte Nutzung der Prozess-Mikrostruktur-Eigenschaftsbeziehung zur Entwicklung neuer Materialien

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Hans Jürgen Maier
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 316923185

Für die Entwicklung neuer Materialien ist das Verständnis der Prozess-Mikrostruktur-Eigenschaftsbeziehung von zentraler Bedeutung. Ziel der Forschungsaktivitäten der Antragsteller ist es daher, z.B. die Anbindung unterschiedlicher Werkstoffe, die Porendichteentwicklung oder auch die Verteilung eigenschaftsbestimmender Phasen innerhalb einer Matrix grundlegend zu verstehen. Die hierfür bisher eingesetzten mikroskopischen Verfahren wie die Lichtmikroskopie oder die Elektronenmikroskopie können oft die notwendige laterale Auflösung liefern sind jedoch überwiegend auf die Analyse von Querschnitten beschränkt. Hinzu kommt die meist aufwändige Probenpräparation für diese Methoden. Eine Möglichkeit zur 3D-Materialanalyse bieten Untersuchungen mit dem Rasterelektronenmikroskop (REM) in Kombination mit einem fokussierten Ionenstrahl (FIB). Allerdings sind die Abtragsraten sehr gering, so dass die zu analysierbaren Bereiche hinsichtlich des erfassten Volumens stark limitiert sind. Hier bietet die Röntgenmikroskopie (XRM) die Möglichkeit neue Einblicke in größere Volumina zu erhalten. Die vergleichsweise einfache Probenpräparation sowie die automatisierbare Messung eröffnet zudem die Möglichkeit, einen hohen Durchsatz an Proben zu erreichen. Erstmals wird in vielen Fällen so eine schnelle Rückkopplung für den jeweiligen Materialentwicklungsprozess möglich. Das beantragte Röntgenmikroskop soll zur gemeinschaftlichen Forschung im Rahmen des ZFM (Zentrum für Festkörperchemie und Neue Materialien/Centre for Solid State Chemistry and New Materials) sowie in Zusammenarbeit mit der Medizinischen Hochschule Hannover und dem Institut für Kontinuumsmechanik genutzt werden. Innerhalb dieses Forschungsverbundes sollen verschiedenste Fragestellungen aus Bereich der Materialentwicklung angegangen werden. Die Einsatzgebiete erstrecken sich von einem Integrated Computational Materials Engineering (ICME) Ansatz in Zusammenarbeit mit der Kontinuumsmechanik über biomedizintechniche Fragestellungen bis hin zu Aufgaben für natürliche Materialien aus dem Bereich der Mineralogie. Für viele dieser Projekte sind die räumlichen Verteilungen von Phasen oder Defektdichten und -entwicklungen von besonderem Interesse. Des Weiteren soll das Verhalten verschiedener Materialien unter z.B. mechanischer oder chemischer Beanspruchung in-situ im XRM untersucht werden. Die XRM-Technologie bietet weiterhin die Möglichkeit Materialien hinsichtlich ihrer kristallografischen Orientierung in 3D zu charakterisieren. So z.B. können Phänomene, die zum Materialversagen führen in Korrelation mit den mikrostrukturellen Größen wie der lokalen Textur gebracht werden. Die Kombination des XRM mit anderen mikroskopischen Methoden wie dem FIB-REM bietet zudem die Möglichkeit neu entwickelte Werkstoffe gezielt auf unterschiedlichen Skalen zu charakterisieren und stellt damit einen sehr effektiven Ansatz für die Validierung von Multiskalenmodellen dar.

• DFG-Verfahren: Großgeräteinitiative
• Großgeräte: Röntgenmikroskop
• Gerätegruppe: 4070 Spezielle Röntgengeräte für Materialanalyse, Strukturforschung und Werkstoff-Bestrahlung
• Mitverantwortliche: Professor Dr. Harald Behrens; Professorin Dr. Meike Stiesch; Professor Dr.-Ing. Peter Wriggers