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Die Computertomographie ist ein technologisch äußerst anspruchsvoller Prozessder bislang von hohem technischen wie zeitlichem Aufwand geprägt war. Das Zusammenspiel der Hard- und Software der CT-Anlage beeinflusst maßgeblich die Bildgebung. Durch die Beschaffung eines neuen Detektors (Dynamic 4.1) konnten eine drastische Reduzierung der Messzeit, eine deutlich bessere Datenqualität und somit kürzere Bearbeitungszeiten erzielt werden. Der Dynamic 4.1 Detektor mit seiner Pixelgröße von 200 µm und einer deutlich höherer Empfindlichkeit im Zusammenspiel mit einem leistungsstarken Auswerterechner erhöht die Anwendungsmöglichkeiten und die Effizienz der Datenverarbeitung.
In den letzten Jahren wurden am fem in verschiedenen Projekten sowie in Zusammenarbeit mit der Industrie unterschiedliche Themen und Werkstoffe untersucht.
Die Röntgen-Computertomographie lieferte dem Anwender Informationen über:
- Oberflächenbeschaffenheit
- Materialeigenschaften
- Verteilung
- Lage der Bauelemente zueinander
- Dichtigkeit
- Formgenauigkeit
- Porosität
- Herstellungsfehler
Zur Veranschaulichung der vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten von CT-Untersuchungen nachstehend einige Anwendungsbeispiele.
Im Projekt „Aufbau neuer dreidimensionaler Kathoden für Lithium-Schwefel-Batterien mit gesteigerter Kapazität, Energieeffizienz und Zyklenfestigkeit“ konnte mit Hilfe der CT-Untersuchung die Verteilung des Dispersionsschwefels an dispersionsbeschichteten Nickelschäumen deutlich hervorgehoben werden. Im Laufe des Projekts konnte die Verteilung des Schwefels (Abb. 1) sowie die Homogenität analysiert und die Effizienz der Beschichtung nachgewiesen werden.
Abb. 1: Schwefelverteilung auf einem Nickelschaum/AiF/IGF 18127N
Im Projekt „Entwicklung einer über die LIGA-Technik integrierbaren Mikrobipolarelementeanordnung mit minimalem Edelmetalleinsatz zur vereinfachten Auslegung und Herstellung selbstatmender Brennstoffzellenstapel für portable Elektronikanwendungen“ konnte die CT hilfreiche Aufschlüsse liefern. Mit der zerstörungsfreien Prüfung konnten der Schichtaufbau der Strukturen und das homogene Auffüllen mit Metall visuell dargestellt werden (Abb. 2). Somit stellte sich die CT zur Qualitätssicherung bei der Herstellung der Bipolarplatten und zur Qualitätskontrolle der Beschichtung als geeignete Methode heraus.
Abb. 2: 3D-Darstellung der inneren Strukturen in Mikrobrennstoffzellen/AiF IGF 448ZN
Im Projekt „Selektives Laserschmelzen von Goldlegierungen“ konnten mit Hilfe des CT-Verfahrens innere, volumenbehaftete Fehler ortsaufgelöst sichtbar gemacht werden (Abb. 3). Somit kann die Fertigung mittels SLM überwacht, dokumentiert und bewertet werden. Aufgrund der hohen geometrischen Auflösung und der lückenlosen Aufzeichnung kann CT als ein Werkzeug zur Verfügung stehen, mit dem die Qualität von Bauteilen hinreichend beschrieben werden kann.
Abb. 3: SLM-Probe mit innerer Porosität/AiF IGF 17729N
Des Weiteren konnte die CT bei der Arbeit „Ursachenforschung zur Entstehung der Lackfehler in Gussteilen“ effizient eingesetzt werden. Die CT konnte eine Verbindung von einzelnen Blasennestern und größeren „Hohlräumen“ erkennbar machen und die Ursache der Lackfehler klären. Der Wasserstoff in den Blasen gast aus den Blasennestern aus und verursacht Lackfehler. Die Hohlräume bzw. Blasen, die in einer Tiefe bis zu 2 mm von der Oberfläche aus liegen, können zu den Defekten beitragen. Es konnte deutlich gezeigt werden, dass zwischen Hohlraum und Lackfehlern Verbindungskanäle vorhanden sein müssen bzw. eine Materialschwächung vorliegen muss, damit Lackfehler entstehen können (Abb. 4).
Abb. 4: Blasennester mit einer Verbindung zur Oberfläche/IGF 17714N
Abb. 5: Querschnitt durch eine gefüllte Formschale. Risse und Fülllücken sichtbar/AiF 18293GB
Wie in den Beispielen dargestellt, kann die Computertomographie vielfältig, schnell und zerstörungsfrei bei vielen Problemstellungen als eine hilfreiche Methode eingesetzt werden.
