Werkstoffzustände und -analyse - TU Ilmenau
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Werkstoffzustände und -analyse
Prof. Dr.-Ing. habil. L. Spieß
Sommersemester 2019
Gliederung
1. Einleitung – Werkstoffzustände
2. Arten, Eigenschaften und Wechselwirkung von Strahlung
3. Ausgewählte Detektoren für Strahlung
4. Radiographische Verfahren
5. Röntgenbeugungsverfahren
5.1 Bragg-Brentano-Verfahren – qualitative Phasenanalyse
5.2. Röntgenoptiken und Verfahren damit
5.3. quantitative Phasenanalyse, Zellparameterbestimmung
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
2Literatur
1. Spieß, L.; Teichert, G.; Schwarzer, R.; Behnken, H.; Genzel, Ch.
Moderne Röntgenbeugung, 2. Auflage ViewegTeubner 2009
4.6.2019 erscheint bei Springer Spectrum 3. Auflage ca. 75 Seiten
mehr!
2. Allmann, R.; Kern, A.: Röntgenpulverdiffraktometrie:
Rechnergestützte Auswertung, Phasenanalyse und
Strukturbestimmung, 2. Aufl. Springer-Verlag, 2013 unv.
3. Krieger, H.: Grundlagen der Strahlungsphysik und des
Strahlenschutzes, 5. Aufl. Springer Spektrum, 2017
4. Pecharsky, V. K.; P. Y. Zavalij: Fundamentals of Powder Diffraction
and Structural Characterization of Materials, Springer, Berlin,
2. Auflage, 2008
5. He, B. B.:Two-dimensional X-ray Diffraction , John Wiley & Sons;
2. Auflage, 2018
6. Benediktovich, A.; Feranchuk, I.; Ulyanenkov, A.: Theoretical
Concepts of X-Ray Nanoscale Analysis, Springer 2014
7. R. E. Dinnebier; A. Leineweber; J. Evans: Rietveld Refinement, De
Gryter, 2019
3
Literatur
8. Hornbogen, E.; Skrotzky, B.: Mikro- und Nanoskopie der Werkstoffe, 3. Auflage,
Springer, 2009
9. Schumann, H.; Oettel, H.: Metallographie, 14. neubearb. Aufl., Wiley-VCH, 2004
10. Werkstoffwissenschaft, 9. Aufl., (Herausg.: W.Schatt, H. Worch), Wiley-VCH, 2003
11. Werkstoffprüfung /Herausg.: H. Blumenauer.- 6., stark überarb. und erw. Aufl.-
Leipzig; Stuttgart: Dt. Verlag für Grundstoffindustrie, 1994
12. Werkstoffanalytische Verfahren /Herausg.: H.-J. Hunger.- 1. Aufl.- Leipzig; Stuttgart:
Dt. Verlag für Grundstoffindustrie, 1995
4Nr Datum 2018 Kap. Thema
1 01.04.2019 1 u 2 Einleitung – Werkstoffzustände Tagesgliederung
2 05.04.2019 2 Arten, Eigenschaften und Wechselwirkung von Strahlung
3 05.04.2019 2 Arten, Eigenschaften und Wechselwirkung von Strahlung
4 05.04.2019 2 Arten, Eigenschaften und Wechselwirkung von Strahlung
5 08.04.2019 2 u 3 Strahlung/ Detektoren
6 12.04.2019 3 Detektoren für Strahlung
7 12.04.2019 3 Detektoren für Strahlung/ 4 Radiographie
8 12.04.2019 4 Radiographische Verfahren
9 15.04.2019 4.2 Computertomographie
10 26.04.2019 4.2 Computertomographie
11 29.04.2019 5.1 Bragg-Brentano-Verfahren – qualitative Phasenanalyse
12 02.05.2019 5.1 Bragg-Brentano-Verfahren – qualitative Phasenanalyse
13 06.05.2019 5.2. Röntgenoptiken und Verfahren damit
14 10.05.2019 5.3. quantitative Phasenanalyse, Zellparameterbestimmung
15 13.05.2019 5.3. quantitative Phasenanalyse, Zellparameterbestimmung
16 17.05.2019 5.3. quantitative Phasenanalyse, Zellparameterbestimmung
17 20.05.2019 5.3. quantitative Phasenanalyse, Zellparameterbestimmung
18 24.05.2019 5.4. röntgenografische Texturanalyse
19 03.06.2019 5.4. röntgenografische Texturanalyse
20 07.06.2019 5.4. röntgenografische Texturanalyse
21 14.06.2019 5.5. röntgenografische Spannungsanalyse
22 17.06.2019 5.5. röntgenografische Spannungsanalyse
23 21.06.2019 5.5. röntgenografische Spannungsanalyse
24 24.06.2019 5.6. Superlattices, HRXRD, Einkristallverfahren
25 28.06.2019 5.6. Superlattices, HRXRD, Einkristallverfahren
26 01.07.2019 6 Schichtdickenmessverfahren
27 05.07.2019 6 Schichtdickenmessverfahren
28 08.07.2019 7 Zusammenfassung
5 29 12.07.2019 Reserve, Prüfungsvorbereitung 11:20
1. Einleitung - Werkstoffzustände
• Werkstoff meist an einen Aggregatzustand (Phase) gebunden (fest,
(flüssig), (gasförmig))
• feste Werkstoffe sind
kristallin oder amorph
einphasig oder mehrphasig
mehrphasige Werkstoffe haben eine Phasenverteilung
kristalline Werkstoffe 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
6Werkstoffzustände – einphasige kristalline Werkstoffe
Was ist zu analysieren?
• aus welchem chemischen Element besteht Werkstoff
• Zellparameter, Kristallstruktur
• Kristallitgröße (Korngröße, Domänengröße) und deren Verteilung
• Textur
• mechanische Spannungen
• Verunreinigungsgehalt
• Realstruktur (Versetzungsdichte, wo befinden sich die, wie verteilen
sich die Verunreinigungen – auf Gitterplätzen, Zwischengitter-
plätzen, sind es Vakanzen)
7
Werkstoffzustände – mehrphasige kristalline Werkstoffe
Was ist zu analysieren?
• welche chemischen Elemente sind beteiligt
• Mischkristall oder Kristallgemisch
• gibt es noch zusätzlich amorphe Phasen im Werkstoff
• Zellparameter, Kristallstruktur der Phasenbestandteile
• Phasenverteilung über Kristallitgröße (Korngröße )
• Textur aller oder nur einer Phase?
• mechanische Spannungen aller Phasen oder nur einer Phase?
• Verunreinigungsgehalt gesamtheitlich oder Verunreinigungsgehalt
unterschiedlich in den Phasen?
• Realstruktur (Versetzungsdichte, wo befinden sich die, wie verteilen
sich die Verunreinigungen – Gitterplätze, Zwischengitterplätze,
Vakanzen)
8Strukturphänomene und typische Untersuchungsverfahren I
Aus- Struktur- Analytisches Problem Untersuchungsverfahren
maß phänomen
3 D Makrobaufehler Lunker, Risse, Magnetische und magnetinduktive
(Defekte) Makroeinschlüsse, Verfahren
Dopplungen, Haft- und Ultraschallverfahren
Bindungsfehler u. ä. Röntgen- und Gammadefektoskopie
Poren, Gasblasen Ultraschallverfahren
Phasen, Zusammensetzung Elektronenstrahl-Mikroanalyse
Einschlüsse (Phasenanalyse) Sekundärionen-Massenspektroskopie
AUGER-Elektronenspektroskopie
Röntgenbeugung
Röntgenfluoreszenzanalyse
Kristallstruktur und Röntgenbeugung
Zellparameter Transmissionselektronenmikroskopie
(RHEED, EELS, LEED, EBSD)
Volumenanteile von Quantitative Materialographie
Phasen Röntgenbeugung mit
Intensitätsmessung
Korn- bzw. Quantitative Materialographie
Einschlußgrößen; Quantitative Gefügeanalyse mittels
Klassierung, räumliche Elektronenstrahl-Mikrosonde
Verteilung Röntgenprofilanalyse
Texturen Art und Texturgrad Röntgenbeugung mit
Texturgoniometer
Strukturphänomene und typische Untersuchungsverfahren II
Aus- Struktur- Analytisches Problem Untersuchungsverfahren
maß phänomen
3 D Elementverteilung Seigerungen u. ä. Elektronenstrahl-Mikroanalyse
AUGER-Elektronenspektroskopie
Sekundärionen-Massenspektroskopie
Korngrenzen- Sekundärionen-Massenspektroskopie
anreicherungen AUGER-Elektronenspektroskopie
Diffusionszonen Elektronenstrahl-Mikroanalyse
Sekundärionen-Massenspektroskopie
AUGER-Elektronenspektroskopie
Ordnungen (mit Röntgenbeugung
Überstrukturen) Transmissionselektronenmikroskopie
Entmischungen (HEED)
Ausscheidungen Identifizierung, Elektronenstrahl-Mikroanalyse
Zusammensetzung Sekundärionen-Massenspektroskopie
Transmissionselektronenmikroskopie
Röntgenbeugung
Kristallstruktur Transmissionselektronenmikroskopie
Röntgenbeugung
Volumenanteil, Größe, Reflexionselektronenmikroskopie
Verteilung Röntgenbeugung
Röntgen-Kleinwinkelstreuung
Quantitative Metallographie
Magnetische Aufklärung mag- Neutronenbeugung
Strukturen netischer Strukturen
und PhänomeneStrukturphänomene und typische Untersuchungsverfahren III
Aus- Strukturphänom Analytisches Problem Untersuchungsverfahren
maß en
2 D Korn- und Spezifische Quantitative Metallographie
Phasengrenzen Kornoberflächen und
Phasengrenzen
Zusammensetzung Sekundärionen-Massenspektroskopie
AUGER-Elektronenspektroskopie
Photoelektronen-Spektroskopie
Struktur Transmissionselektronenmikroskopie
Äußere Rauheit Tastschnittverfahren
Oberflächen Interferenzmikroskopie
Topographie Rasterelektronenmikroskopie
Zusammensetzung Sekundärionen-Massenspektroskopie
(auch von Adsorptions- AUGER-Elektronenspektroskopie
u. ä. Schichten) Photoelektronen-Spektroskopie
Struktur Elektronenbeugung (RHEED, LEED)
Stapelfehler Abbildung Transmissionselektronenmikroskopie
Ferromagnetische Abbildung von Magnetpulververfahren
Bereiche Blochwänden Polarisationsmikroskopie
Rasterelektronen-Mikroskopie
Strukturphänomene und typische Untersuchungsverfahren IV
Aus- Strukturphänom Analytisches Problem Untersuchungsverfahren
maß en
1 D Versetzungen Abbildung Ätztechnik
Transmissionelektronenmikroskopie
Röntgentopographie (LANG-Technik)
Versetzungsdichte Röntgenbeugung
Transmissionselektronenmikroskopie
0D Leerstellen Konzentration, Ionenbeugung
Verteilung Positronenannihilation
Gelöste Konzentration, Ionen- und Neutronenbeugung
Fremdatome Verteilung von Ionometrie
Substitutions- und Feldelektronen- und
eingelagerten Feldionenmikroskopie
Fremdatomen PositronenannihilationSie können auch lesen
