Werkstoffzustände und -analyse

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1 Werkstoffzustände und -analyse Prof. Dr.-Ing. habil. L. Spieß Sommersemester Einleitung Werkstoffzustände 2. Arten, Eigenschaften und Wechselwirkung von Strahlung 3. Detektoren für Strahlung 4. Radiographische Verfahren 5. sverfahren 5.2. Röntgenoptiken und Verfahren damit 5.4. röntgenografische Texturanalyse 5.5. röntgenografische Spannungsanalyse 5.6. Superlattices, HRXRD, Einkristallverfahren 6. Schichtdickenmessverfahren 6.1. mit radioaktiven Strahlern 6.2. Röntgen-Reflektometrie 7. Zusammenfassung Gliederung 2

2 Literatur 1. Spieß, L.; Teichert, G.; Schwarzer, R.; Behnken, H.; Genzel, Ch. Moderne, 2. Auflage ViewegTeubner Allmann, R.; Kern, A.: Röntgenpulverdiffraktometrie: Rechnergestützte Auswertung, Phasenanalyse und Strukturbestimmung, 2. Aufl. Springer-Verlag, Krieger, H.: Grundlagen der Strahlungsphysik und des Strahlenschutzes, 3. Aufl. Vieweg-Teubner Verlag, Pecharsky, V. K.; P. Y. Zavalij: Fundamentals of Powder Diffraction and Structural Characterization of Materials, Springer, Berlin, 2. Auflage, He, B. B.:Two-dimensional X-ray Diffraction, John Wiley & Sons; 1. Auflage, Benediktovich, A.; Feranchuk, I.; Ulyanenkov, A.: Theoretical Concepts of X-Ray Nanoscale Analysis, Springer Literatur 7. Hornbogen, E.; Skrotzky, B.: Mikro- und Nanoskopie der Werkstoffe, 3. Auflage, Springer, Schumann, H.; Oettel, H.: Metallographie, 14. neubearb. Aufl., Wiley-VCH, Werkstoffwissenschaft, 9. Aufl., (Herausg.: W.Schatt, H. Worch), Wiley-VCH, Werkstoffprüfung /Herausg.: H. Blumenauer.- 6., stark überarb. und erw. Aufl.- Leipzig; Stuttgart: Dt. Verlag für Grundstoffindustrie, Werkstoffanalytische Verfahren /Herausg.: H.-J. Hunger.- 1. Aufl.- Leipzig; Stuttgart: Dt. Verlag für Grundstoffindustrie,

3 5 Nr Datum 2016 Glied Thema u 2 Einleitung Werkstoffzustände Arten, Eigenschaften und Wechselwirkung von Strahlung Arten, Eigenschaften und Wechselwirkung von Strahlung u 3 Strahlung/ Detektoren Detektoren für Strahlung Detektoren für Strahlung Radiographische Verfahren Computertomographie Computertomographie Röntgenoptiken und Verfahren damit röntgenografische Texturanalyse röntgenografische Texturanalyse röntgenografische Spannungsanalyse röntgenografische Spannungsanalyse röntgenografische Spannungsanalyse Superlattices, HRXRD, Einkristallverfahren Superlattices, HRXRD, Einkristallverfahren Schichtdickenmessverfahren Schichtdickenmessverfahren Zusammenfassung Tagesgliederung 6 1. Einleitung - Werkstoffzustände Werkstoff meist an einen Aggregatzustand (Phase) gebunden (fest, (flüssig), (gasförmig)) feste Werkstoffe sind kristallin oder amorph einphasig oder mehrphasig mehrphasige haben eine Phasenverteilung kristalline haben Korngrößenverteilung kristalline Werkstoffe können Texturen aufweisen Werkstoffe erfahren im Belastungszustand Veränderungen mechanische Spannungen unterschiedliche Werkstoffe kommen in Bauteilen vor Werkstoffe haben in Bauteilen unterschiedliche Abmessungen unterschiedliche Werkstoffe und Mehrphasenwerkstoffe können mit Umweltbedingungen im Einsatz zu Wechselwirkungen führen Diffusion, Seigerung, Entmischung. Korrosion

4 Werkstoffzustände einphasige kristalline Werkstoffe Was ist zu analysieren? welches chemisches Element Zellparameter, Kristallstruktur Kristallitgröße (Korngröße) und deren Verteilung Textur mechanische Spannungen Verunreinigungsgehalt Realstruktur (Versetzungsdichte, wo befinden sich die, wie verteilen sich die Verunreinigungen Gitterplätze, Zwischengitterplätze, Vakanzen) 7 Werkstoffzustände mehrphasige kristalline Werkstoffe Was ist zu analysieren? welche chemischen Elemente sind beteiligt Mischkristall oder Kristallgemisch gibt es noch amorphe Phasen Zellparameter, Kristallstruktur der Phasenbestandteile Phasenverteilung über Kristallitgröße (Korngröße ) Textur aller oder einer Phase? mechanische Spannungen aller oder einer Phase? Verunreinigungsgehalt gesamtheitlich oder Verunreinigungsgehalt unterschiedlich in den Phasen? Realstruktur (Versetzungsdichte, wo befinden sich die, wie verteilen sich die Verunreinigungen Gitterplätze, Zwischengitterplätze, Vakanzen) 8

5 Strukturphänomene und typische Untersuchungsverfahren I Ausmaphänomen Struktur- 3 D Makrobaufehler (Defekte) Phasen, Einschlüsse Analytisches Problem Lunker, Risse, Makroeinschlüsse, Dopplungen, Haft- und Bindungsfehler u. ä. Poren, Gasblasen (Phasenanalyse) Kristallstruktur und Gitterkonstanten Volumenanteile von Phasen Korn- bzw. Einschlußgrößen; Klassierung, räumliche Verteilung Untersuchungsverfahren Magnetische und magnetinduktive Verfahren Ultraschallverfahren Röntgen- und Gammadefektoskopie Ultraschallverfahren Elektronenstrahl-Mikroanalyse Röntgenfluoreszenzanalyse (RHEED, EELS, LEED, EBSD) Quantitative Materialographie mit Intensitätsmessung Quantitative Materialographie Quantitative Gefügeanalyse mittels Elektronenstrahl-Mikrosonde Röntgenprofilanalyse Texturen Art und Texturgrad mit Texturgoniometer Strukturphänomene und typische Untersuchungsverfahren II Ausmaß Strukturphänomen Analytisches Problem Untersuchungsverfahren 3 D Elementverteilung Seigerungen u. ä. Elektronenstrahl-Mikroanalyse Korngrenzenanreicherungen Diffusionszonen Elektronenstrahl-Mikroanalyse Ordnungen (mit Überstrukturen) Entmischungen (HEED) Ausscheidungen Magnetische Strukturen Identifizierung, Kristallstruktur Volumenanteil, Größe, Verteilung Aufklärung magnetischer Strukturen und Phänomene Elektronenstrahl-Mikroanalyse Reflexionselektronenmikroskopie Röntgen-Kleinwinkelstreuung Quantitative Metallographie Neutronenbeugung

6 Strukturphänomene und typische Untersuchungsverfahren III Äußere Oberflächen Analytisches Problem Spezifische Kornoberflächen und Phasengrenzen Struktur Rauheit Untersuchungsverfahren Quantitative Metallographie Photoelektronen-Spektroskopie Tastschnittverfahren Interferenzmikroskopie Topographie Rasterelektronenmikroskopie (auch von Adsorptionsu. ä. Schichten) Photoelektronen-Spektroskopie Struktur Elektronenbeugung (RHEED, LEED) Stapelfehler Abbildung Ferromagnetische Bereiche Abbildung von Blochwänden Magnetpulververfahren Polarisationsmikroskopie Rasterelektronen-Mikroskopie Strukturphänomene und typische Untersuchungsverfahren IV Ausmaß en Strukturphänom 2 D Korn- und Phasengrenzen Ausmaß Strukturphänom en Analytisches Problem Untersuchungsverfahren 1 D Versetzungen Abbildung Ätztechnik Transmissionelektronenmikroskopie Röntgentopographie (LANG-Technik) Versetzungsdichte 0 D Leerstellen Konzentration, Verteilung Gelöste Konzentration, Fremdatome Verteilung von Substitutions- und eingelagerten Fremdatomen Ionenbeugung Positronenannihilation Ionen- und Neutronenbeugung Ionometrie Feldelektronen- und Feldionenmikroskopie Positronenannihilation