Rasterelektronenmikroskop
Final Report Abstract
Das System (Rasterelektronenmikroskop und mikromechanische Versuchseinrichtung) wurde beschafft, um mikromechanische Versuche durchzuführen. Es sollen neuartige Versuche unter definierten Atmosphären und Temperaturen sowie an nassen/feuchten und auch an nicht-leitenden Proben durchgeführt werden. Hierzu war eine große Probenkammer erforderlich. Außerdem musste eine spezielle mikromechanische Versuchseinrichtung beschafft und eingepasst werden. Zu Beginn wurde das Gerät für ein spezielles, innovatives mechanisches Experiment (Mikroscherversuch) eingesetzt. Des Weiteren wurden Nickel-Titan Formgedächtnislegierungen in Hinblick auf die Ermüdungslebensdauer untersucht. Das mechanische Verhalten dieser speziellen Werkstoffkombination auf kleinen Skalen wurde mittels in-situ Nanoindentation charakterisiert. Heute wird an Risswachstum in martensitischen Gefügen, an der Benetzbarkeit von Korngrenzen mit Flüssigphasen und der Entwicklung der Mikrostruktur beim Kriechen einkristalliner Superlegierungen gearbeitet. In vielen kleineren Projekten wird das Gerät genutzt, um Gefüge zu untersuchen. Hier sollen beispielhaft nur vier größere Projekte genannt werden: In-situ Mikroscherversuch an Au-Einkristallen: Nach Beschaffung des Gerätes wurde zunächst eine Mikroscherversuchstechnik entwickelt. Mikroscherversuche sind attraktiv, weil sie erlauben, im Falle von einkristallinen Proben bestimmte mikroskopisch kristallographische Gleitsysteme direkt zu belasten. Außerdem stellen sie einen einfachen Fall mehrachsiger Beanspruchung für den Anwendungsbereich kleiner Bauteile dar. Die Einpassung der mikromechanischen Komponenten erwies sich als schwierig und es mussten verschiedene elektronische und mechanische Bauteile ausgetauscht und verbessert werden. Beispielsweise musste der Kopf der Nanoindentationseinrichtung durch ein leitfähiges Material ersetzt werden. Außerdem musste im Bereich der Datenerfassung/Steuerung nachgearbeitet werden. In dieser Entwicklungsphase konnte das System nicht für andere Aufgaben genutzt werden. Die Bemühungen waren letztlich erfolgreich und es konnten Arbeiten zu in-situ Mikroscherversuchen publiziert werden, die nur mit Hilfe dieses Gerätes realisiert werden konnten. Demonstratorprojekt zu Rissentstehung und -wachstum in angelassenen martensitischen Gefügen: Im Rahmen eines größeren Projektes, das mechanisches Verhalten martensitischer Gefüge analysiert, sollen experimentelle in-situ Untersuchungen (in-situ Nanoindentation und in-situ Zugversuche mit simultanen EBSD-Aufnahmen) durchgeführt werden. Die daraus gewonnenen Erkenntnisse stellen wichtige Inputund Benchmarkdaten für die mikromechanische und makroskopische Modellierung dar. Dabei werden martensitische Mikrostrukturen verschiedener Kohlenstoffgehalte auf ihre Schädigungstoleranz untersucht. In einer verwandten Aktivität wird die Umwandlung von metastabilen Austeniten in Martensit untersucht. In beiden Fällen stellt das Gerät eine wesentliche Säule zur Validierung von komplexen Modellen dar. EBSD Messungen zur Benetzung von Korngrenzen durch Flüssigphasen: In bestimmten metallischen Systemen wie etwa Cu-In erfolgt ein Aufschmelzen an Korngrenzen, wenn das entsprechende binäre System in den Zweiphasenbereich des Zustandsdiagramms erhitzt wird. Das Aufschmelzen hängt jedoch von der Korngrenzenenergie ab. In diesem Zusammenhang ist es wichtig zu untersuchen, ob die Orientierung der anliegenden Körner rechts und links der Korngrenze einen Einfluss auf die physikalische Natur des Aufschmelzvorgans hat. Vor diesem Hintergrund wurde ein vom Erasmus Mundus gefördertes Projekt durchgeführt, das von der Möglichkeit des neuen Gerätes profitierte, schnelle EBSD Analysen mit in-situ Heizversuchen zu kombinieren. Entwicklung der Mikostruktur beim Kriechen einkristalliner Superlegierungen: Das neue Gerät wird in SFB/TR 103 intensiv genutzt. Dort kommt ein neues Verfahren zur Anwendung mit dessen Hilfe Versetzungsdichten auch im Rasterelektronenmikroskop gemessen werden können. Auch die Bildung intermetallischer Phasen in Superlegierungen kann mit dem neuen Mikroskop sehr gut untersucht werden.
Publications
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Photons and particles emitted from cold atmospheric-pressure plasma inactivate bacteria and biomolecules independently and synergistically. Journal of the Royal Society Interface 10 (2013) 20130591
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Microshear deformation of gold single crystals. Acta Materialia 62 (2014) 225-238
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On the nature of y’-phase cutting and its effect on high temperature and low stress creep anisotropy of Ni-base single crystal superalloys. Acta Materialia 69 (2014) 246-264
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Orientation dependence of stress-induced martensite formation during nanoindentation in NiTi shape memory alloys. Acta Materialia 68 (2014) 19-31
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