TY - JOUR A1 - Kupsch, Andreas A1 - Müller, Bernd R. A1 - Lange, Axel A1 - Bruno, Giovanni T1 - Microstructure Characterization of Ceramics via 2D and 3D X-Ray Refraction Techniques N2 - 3D imaging techniques are very fashionable nowadays, and allow enormous progress in understanding ceramic microstructure, its evolution, and its link to mechanical, thermal, and transport properties. In this feature article, we report the use of a powerful, yet not so wide-spread, set of X-ray techniques based on refraction effects. X-ray refraction allows determining internal specific surface (surface per unit volume) in a non-destructive fashion, position and orientation sensitive, and with a nanometric detectability. While the techniques are limited by the X-ray absorption of the material under investigation, we demonstrate showcases of ceramics and composite materials, where understanding of process parameter influence or simply of microstructural parameters could be achieved in a way unrivalled even by high-resolution techniques such as electron microscopy or computed tomography. KW - X-ray refraction KW - Porosity KW - Specific surface KW - Crack detection KW - Composites PY - 2017 U6 - https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2016.12.031 SN - 0955-2219 SN - 1873-619X VL - 37 IS - 5 SP - 1879 EP - 1889 PB - Elsevier CY - Amsterdam AN - OPUS4-39094 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Shashev, Yury A1 - Kupsch, Andreas A1 - Lange, Axel A1 - Evsevleev, Sergei A1 - Müller, Bernd R. A1 - Osenberg, Markus A1 - Manke, Ingo A1 - Hentschel, Manfred P. A1 - Bruno, Giovanni T1 - Optimizing the visibility of X-ray phase grating interferometry N2 - The performance of grating interferometers coming up now for Imaging interfaces within materials depends on the efficiency (visibility) of their main component, namely the phase grating. Therefore, experiments with monochromatic synchrotron radiation and corresponding simulations are carried out. The visibility of a Phase grating is optimized by different photon energies, varying detector to grating distances and continuous rotation of the phase grating about the grid lines. Such kind of rotation changes the projected grating shapes, and thereby the distribution profiles of phase shifts. This yields higher visibilities than derived from ideal rectangular shapes. By continuous grating rotation and variation of the propagation distance, we achieve 2D visibility maps. Such maps provide the visibility for a certain combination of grating orientation and detector position. Optimum visibilities occur at considerably smaller distances than in the standard setup. KW - Synchrotron, BAMline KW - Talbot-Lau interferometer KW - X-ray imaging KW - X-ray refraction KW - Grating interferometry KW - X-ray phase contrast PY - 2017 U6 - https://doi.org/10.3139/120.111097 SN - 0025-5300 VL - 59 IS - 11-12 SP - 974 EP - 980 PB - Hanser Verlag AN - OPUS4-42955 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Trappe, Volker A1 - Hickmann, Stefan A1 - Kupsch, Andreas A1 - Müller, Bernd R. A1 - Laquai, René A1 - De Monte, M. T1 - Risse an gekerbten kurzglasfaserverstärkten Thermoplasten zerstörungsfrei charakterisiert mit Röntgenverfahren N2 - Proben mit einer Mittelkerbe aus Polyamid 66 mit 35% Gewichtsan-teil an Kurzglasfaser (PA-GF35) wurden im Spritzgießverfahren hergestellt und in einem ungeschädigten und durch Schwingbeanspruch geschädigten Zustand mittels Röntgenverfahren charakterisiert. Sowohl die Faserorientierungsverteilung als auch die Riss-/Mikrorissbildung wurden mit der Röntgenrefraktionstopographie in einem SAXS-Aufbau und dem Diffraction-Enhanced-Imaging am Synchrotron (BESSY II) analysiert. Beide Verfahren spiegeln in guter Übereinstimmung die Charakteristiken dieser Werkstoffklasse in Bezug auf die Fertigungsqualität und die Schädigungsme-chanismen wider. T2 - DGZfP-Jahrestagung 2017 CY - Koblenz, Germany DA - 22.05.2017 KW - Kurzfaserverstärktes Polyamid KW - Röntgenverfahren KW - Rissfortschritt PY - 2017 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:b43-435659 UR - https://www.dgzfp.de/Dienste/Publikationen?kategorie=Berichtsb%C3%A4nde SN - 978-3-940283-85-6 VL - 2017 SP - 1 EP - 11 PB - DGZfP CY - Berlin AN - OPUS4-43565 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Alrwashdeh, S. S. A1 - Markötter, H. A1 - Haußmann, J. A1 - Hilger, A. A1 - Klages, M. A1 - Müller, Bernd R. A1 - Kupsch, Andreas A1 - Riesemeier, Heinrich A1 - Scholta, J. A1 - Manke, I. T1 - Investigation of water transport in newly developed micro porous layers for polymer electrolyte membrane fuel cells N2 - In this investigation, synchrotron X-ray imaging was used to investigate the water distribution inside newly developed gas diffusion media in polymer electrolyte membrane fuel cells. In-situ radiography was used to reveal the relationship between the structure of the microporous layer (MPL) and the water flow in a newly developed MPL equipped with randomly arranged holes. A strong influence of these holes on the overall water transport was found. This contribution provides a brief overview to some of our recent activities on this research field. KW - Polymer electrolyte membrane fuel cell KW - Microporous layer KW - Water distribution KW - Radiography KW - Synchrotron X-ray imaging PY - 2017 U6 - https://doi.org/10.9729/AM.2017.47.3.101 SN - 2287-4445 SN - 2287-5123 VL - 47 IS - 3 SP - 101 EP - 104 AN - OPUS4-43356 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Müller, Bernd R. A1 - Bruno, Giovanni T1 - Absorption and refraction techniques: Characterization and Non-Destructivetesting of materials N2 - X-ray techniques developed and used in BAM FB 8.5 (Micro NDE) for characterization of ceramic materials. T2 - Sitzung der Technischen Kommission des Verbands der Keramischen Industrie CY - Berlin, Gremany DA - 10.3.2017 KW - X-ray KW - X-ray refraction KW - Computed Tomography PY - 2017 AN - OPUS4-39322 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Shashev, Yury A1 - Kupsch, Andreas A1 - Lange, Axel A1 - Evsevleev, Sergei A1 - Britzke, Ralf A1 - Bruno, Giovanni A1 - Müller, Bernd R. T1 - Talbot-Lau Röntgen-Interferometrie für die zerstörungsfreie Prüfung N2 - Im vergangenen Jahrzehnt sind gitterinterferometrische Röntgenabbildungen zunehmend in den Fokus des Interesses gerückt. Sie sind insbesondere dann Vorteil, wenn der in der Standardradiographie erreichbare Kontrast nicht genügt, schwach absorbierende Mikro- und Nanostrukturen abzubilden. Auf Kosten mehrerer Aufnahmen gestattet die Talbot-Lau Gitterinterferometrie, die Beiträge aus Absorption, Refraktion und (refraktiver) Streuung zu trennen. Dazu werden die Störungen der Interferenzmuster von Phasengittern ausgewertet. Im Gegensatz zu einer Vielzahl anderer refraktionsbasierter Abbildungsmethoden kann diese Technik mit konventionellen Röntgenröhren (mit divergenter, polychromatischer Strahlung) angewendet werden. Damit ist die Technik geeignet, typische ZfP-Fragestellungen zu lösen. Hier stellen wir Untersuchungen zur Effizienz von Phasengittern vor. Die Visibilität (d.h. die Höhe der Oszillation im Interferenzmuster) wird als Funktion verschiedener geometrischer Parameter verfolgt. Eine Rotation um die Achse parallel zu den Gitterstegen ändert die Form des Gitterprofils (d.h. die Verteilung der Phasenschiebungen). Die kontinuierliche Variation des Winkels und des Detektionsabstandes führt zur Identifikation von ausgezeichneten Kombinationen mit maximaler Visibilität, wobei die Abstände deutlich geringer sind als im Standardaufbau mit senkrechter Gitterbestrahlung. Unsere Studie umfasst Simulationen für monochromatische Quelle und den Vergleich zu experimentellen Ergebnissen mit der Synchrotronstrahlung. In der Literatur wurden die Vorteile der Talbot-Lau Interferometrie für die zerstörungsfreie Prüfung von Faserkompositen und Verbundwerkstoffen demonstriert. Hier werden als Beispiele Messungen an Aluminiumtitanat (Al2TiO5) Pulver gezeigt. T2 - DGZfP 2017 CY - Koblenz, Germany DA - 22.05.2017 KW - Gitterinterferometrische Röntgenabbildung KW - Phasengitter KW - Talbot-Lau Interferometrie KW - Zerstörungsfreie Prüfung PY - 2017 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:b43-404691 SP - 1 EP - 10 PB - DGZfP AN - OPUS4-40469 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Laquai, René A1 - Müller, Bernd R. A1 - Nellesen, J. A1 - Hentschel, M.P. A1 - Kupsch, Andreas A1 - Tillmann, W. T1 - Synchrotron-Refraktion mit in-situ Zugbelastung zur Charakterisierung der Schadensentwicklung in Metall-Matrix- Kompositen N2 - Die Synchrotron-Refraktions-Topographie basiert auf der Brechung von Röntgenstrahlung an den Grenzflächen zwischen Materialien mit unterschiedlichem Brechungsindex. Refraktionseffekte verändern die Ausbreitungsrichtung der Röntgenstrahlung, welche mit Hilfe der Methode des Analyser-Based Imaging analysiert wird. Dabei wird ein Silizium-Einkristall im Strahlengang zwischen Probe und Detektor platziert. Dieser Analysator-Kristall filtert, innerhalb seiner Streuebene, die Röntgenstrahlung gemäß ihrer Ausbreitungsrichtung. Durch das Rastern verschiedener Winkelpositionen des Analysator-Kristalls erhält man das Winkelspektrum der von der Probe gebrochenen Strahlung. Aus dieser Rocking Curve lässt sich die spezifische innere Oberfläche der Probe bestimmen. Diese Information wird über einen 2D-Detektor mit einer nominellen Pixelgröße von 3,6 μm gewonnen. Die Installation einer Zugprüfmaschine ermöglicht es die Proben in verschiedenen Lastzuständen insitu zu untersuchen. Damit ist es möglich die spezifische innere Oberfläche in Abhängigkeit der Last darzustellen und so Schädigungsmechanismen abzuleiten. Der Vorteil bei der Ausnutzung des Refraktionseffekts gegenüber der einfachen Durchstrahlung ist die höhere Sensitivität gegenüber Defekten mit geringem Volumen aber großer Oberfläche. Somit werden auch Mikrorisse und, speziell bei Kompositen, die Enthaftung zwischen Matrix und Verstärkung (Partikel, Fasern) erfasst. In dieser Studie wurden Metall-Matrix-Komposite bestehend aus einer Aluminium-Matrix verstärkt mit Aluminiumoxid-Partikeln untersucht. Hierzu wurden knochenförmige Zugproben präpariert, deren Messlänge einen rechteckigen Querschnitt von 1,7 mm × 1,3 mm aufwies. Die Proben wurden einem Zugversuch unterzogen, welcher in Intervallen unterbrochen wurde. Bei jeder Unterbrechung wurde unter quasi-statischer Last die Rocking Curve gemessen und ein Radiogramm der spezifischen inneren Oberflächen berechnet. Dabei konnte ab dem Erreichen einer Last von ca. 600 N ein Anstieg der spezifischen inneren Oberfläche beobachtet werden. Demgegenüber zeigen die zum Vergleich durchgeführten Durchstrahlungsaufnahmen keinerlei Defekte. Daher belegt diese Untersuchung das Potential der Refraktion-Topographie zur frühzeitigen Erkennung von Schädigungen mit hoher Empfindlichkeit. T2 - DGZfP Jahrestagung 2017 CY - Koblenz, Germany DA - 22.05.2017 KW - Metall-Matrix-Komposite KW - Schadensentwicklung KW - Röntgen-Refraktions-Radiographie KW - In-situ Zugbelastung PY - 2017 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:b43-405794 SN - 978-3-940283-85-6 SP - 1 EP - 7 PB - DGZfP AN - OPUS4-40579 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Hakim, I. A1 - Laquai, René A1 - Schumacher, David A1 - Müller, Bernd R. A1 - Graja, P. A1 - Meyendorf, N. A1 - Donaldson, S. T1 - The Effect of Manufacturing Conditions on Discontinuity Population and Fatigue Fracture Behavior in Carbon/Epoxy Composites N2 - Carbon fiber composites have been increasingly used in aerospace, military, sports, automotive and other fields due to their excellent properties, including high specific strength, high specific modulus, corrosion resistance, fatigue resistance, and low thermal expansion coefficient. Interlaminar fracture is a serious failure mode leading to a loss in composite stiffness and strength. Iscontinuities formed during manufacturing process degrade the fatigue life and interlaminar fracture resistance of the composite. In his study, three approaches were implemented and their results were correlated to quantify discontinuities effecting static and fatigue interlaminar fracture behavior of carbon fiber composites. Samples were fabricated by hand layup vacuum bagging manufacturing process under three different vacuum levels, indicated High (-686 mmHg), Moderate (-330 mmHg) and Poor (0 mmHg). Discontinuity content was quantified throughthickness by destructive and nondestructive techniques. Eight different NDE methods were conducted including imaging NDE methods: X-Ray laminography, ultrasonic, high frequency eddy current, pulse thermography, pulse phase thermography and lock-in-thermography, and averaging NDE techniques: X-Ray refraction and thermal conductivity measurements. Samples were subsequently destructively serial sectioned through-thickness into several layers. Both static and fatigue interlaminar fracture behavior under Mode I were conducted. The results of several imaging NDE methods revealed the trend in percentages of discontinuity. However, the results of averaging NDE methods showed a clear correlation since they gave specific values of discontinuity through-thickness. Serial sectioning exposed the composite’s internal structure and provided a very clear idea about the type, shape, size, distribution and location of most discontinuities included. The results of mechanical testing showed that discontinuities lead to a decrease in Mode I static interlaminar fracture toughness and a decrease in Mode I cyclic strain energy release rates fatigue life. Finally, all approaches were correlated: the resulted NDE percentages and parameters were correlated with the features revealed by the destructive test of serial sectioning and static and fatigue values in order to quantify discontinuities such as delamination and voids. T2 - QNDE 2016 CY - Atlanta, GA, USA DA - 17.07.2016 KW - Carbon Fber Reinforced Polymers KW - Nondestructive Testing KW - X-ray Imaging KW - Ultrasound KW - Thermography PY - 2017 SN - 978-0-7354-1474-7 U6 - https://doi.org/10.1063/1.4974661 SN - 0094-243X N1 - Geburtsname von Schumacher, David: Walter, D. - Birth name of Schumacher, David: Walter, D. VL - 1806 SP - UNSP 090017, 1 EP - 11 PB - AIP Publishing CY - Melville, NY, USA AN - OPUS4-39716 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -