In-situ-Röntgen-Computertomographie – ein vielversprechender Ansatz für neuartige Erkenntnisse

Bei vielen Anwendungen geht es darum, zu verstehen, wie Materialien auf äußere mechanische oder auch thermische Belastungen reagieren. Es kann jedoch schwierig sein, den Einfluss z. B. von einer mechanischen Kraft auf ein Material in seiner gesamten 3D-Struktur zu untersuchen.
Hierfür ist die In-situ-Röntgen-Computertomographie das Mittel der Wahl. Sie ermöglicht es, das Material in drei Dimensionen zu untersuchen und durch die Einbindung einer Druck- und Zugstufe in das CT-System das Experiment durchzuführen, ohne die Probe aus dem CT herausnehmen zu müssen. In unserem Artikel wollen wir dies anhand verschiedener Beispiele zeigen, die von unserem Lieferanten Deben in Zusammenarbeit mit dem CT-Hersteller RX Solutions durchgeführt wurden.
Im ersten Experiment wurde untersucht, wie sich die innere Struktur eines Karbonfaserröhrchens unter verschiedenen Druckbelastungen bis hin zum totalen Bruch verhält. Während dieses Experimentes konnte sehr gut die Rissbildung und die Rissfortpflanzung im Material beobachtet werden.
Das zweite Experiment zeigt einen Polymerschaum unter verschiedenen Druckbelastungen, um eine Vorstellung der geometrischen Deformation zu erhalten.

Abb. 1 veranschaulicht Ihnen den gesamten Versuchsaufbau. Sie sehen auf der rechten Seite die beiden Röntgenröhren, in der Mitte die Deben CT5000 Druck- und Zugstage und auf der linken Seite den Flat Panel-Detektor des Röntgensystems. Bei dem Röntgensystem handelt es sich um das RX Solutions EasyTom XL Ultra. Mit diesem Aufbau können Auflösungen von bis zu 300 nm erzielt werden.
Abb. 2 zeigt die Ergebnisse des ersten Experimentes. Zu sehen sind Momentaufnahmen der inneren Struktur des Karbonfaserröhrchens bei unterschiedlichen Druckbelastungen, ansteigend von links nach rechts. Gut zu erkennen ist dabei die beginnende Rissbildung (im zweiten Bild auf ca. 12 Uhr), gefolgt von dem vollständigen Riss im dritten Bild.
Abb. 3 gibt die Ergebnisse des zweiten Experimentes wieder. Der Polymerschaum wurde dabei ansteigenden Drücken (von links nach rechts) ausgesetzt und man sieht detailreich die Kompression der inneren Struktur des Schaums.
Beide Experimente zeigen eindrucksvoll die Vorteile dieses In-situ-Ansatzes. Man erhält hochaufgelöste 3D-Information seiner Proben direkt unter dem Einfluss eines externen Stimulus, in diesem Fall mechanischer Druckbelastung. Mögliche Einsatzgebiete dieser Technologie findet man z.B. in den Forschungsbereichen:

  • Geologie
  • Polymere
  • Keramiken
  • Komposite
  • Life Science

Bei weiteren Fragen sprechen Sie uns gerne an.

Mehr über In-situ Probentische für Elektronenmikroskopie und µXCT

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