TY - CONF A1 - Müller, Bernd R. A1 - Kupsch, Andreas A1 - Serrano Munoz, Itziar A1 - Laquai, René A1 - Bruno, Giovanni T1 - Röntgenrefraktionstechnik - Charakterisierung von Keramiken und Verbundwerkstoffen N2 - Die Brechung von Röntgenstrahlen (Röntgenrefraktion) an Grenzflächen zwischen Materialien unterschiedlicher Dichte ist analog zur Ablenkung von sichtbarem Licht an z.B. Glasoberflächen. Es gibt jedoch zwei wesentliche Unterschiede: a) konvexe Grenzflächen verursachen Divergenz (d.h. der Brechungsindex n ist kleiner als 1), und b) die Ablenkungswinkel sind sehr klein, und reichen von einigen Bogensekunden bis zu einigen Bogenminuten (d.h. n ist nahe bei 1); Wie auch bei sichtbarem Licht ist die Ablenkungsrichtung der Röntgenstrahlen abhängig von der Orientierung der durchstrahlten Grenzfläche. Aufgrund dieser Eigenschaften eignen sich Röntgenrefraktionsmethoden hervorragend für: a) die Erkennung und Quantifizierung von Defekten wie Poren und Mikrorissen und b) die Bewertung von Porosität und Partikeleigenschaften wie Orientierung, Größe und räumliche Verteilung. Wir zeigen die Anwendung der Röntgenrefraktionsradiographie (2,5D Technik) und der -tomographie (3D Technik) für die Untersuchung verschiedener Probleme in der Werkstoffwissenschaft und -technologie: a) Sintern von SiC-Grünkörpern b) Porositätsanalyse in Dieselpartikelfiltersilikaten c) Faser-Matrix-Haftung in Metall- und Polymermatrixverbundwerkstoffen d) Mikrorissbildung in Glaskeramik. Wir zeigen, dass der Einsatz von Röntgenrefraktionsmethoden quantitative Ergebnisse liefert, die direkt als Parameter in Werkstoffmodellen verwendet werden können. T2 - DACH-Jahrestagung 2023 CY - Friedrichshafen, Germany DA - 15.05.2023 KW - Röntgen-Refraktion KW - Verbundwerkstoffe KW - Keramik PY - 2023 AN - OPUS4-57615 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Müller, Bernd R. A1 - Kupsch, Andreas A1 - Serrano Munoz, Itziar A1 - Laquai, René A1 - Bruno, Giovanni T1 - Anwendungen der Röntgenrefraktionstechnik zur zerstörungsfreien Charakterisierung von Keramiken und Verbundwerkstoffen N2 - Die Brechung von Röntgenstrahlen (Röntgenrefraktion) an Grenzflächen zwischen Materialien unterschiedlicher Dichte ist analog zur Ablenk-ung von sichtbarem Licht an z.B. Glasoberflächen. Es gibt jedoch zwei wesentliche Unterschiede: a) konvexe Grenzflächen verursachen Divergenz (d.h. der Brechungsindex n ist kleiner als 1), und b) die Ablenkungswinkel sind sehr klein, und reichen von einigen Bogensekunden bis zu einigen Bogenminuten (d.h. n ist nahe bei 1); Wie auch bei sichtbarem Licht ist die Ablenkungsrichtung der Röntgenstrahlen abhängig von der Orientierung der durchstrahlten Grenzfläche. Aufgrund dieser Eigenschaften eignen sich Röntgenrefraktionsmethoden hervorragend für: a) die Erkennung und Quantifizierung von Defekten wie Poren und Mikrorissen und b) die Bewertung von Porosität und Partikeleigenschaften wie Orientierung, Größe und räumliche Verteilung. Wir zeigen die Anwendung der Röntgenrefraktionsradiographie (2,5D Technik) und der -tomographie (3D Technik) für die Untersuchung verschiedener Probleme in der Werkstoffwissenschaft und -technologie: a) Sintern von SiC-Grünkörpern b) Porositätsanalyse in Dieselpartikelfiltersilikaten c) Faser-Matrix-Haftung in Metall- und Polymermatrixverbundwerkstoffen d) Mikrorissbildung in Glaskeramik. Wir zeigen, dass der Einsatz von Röntgenrefraktionsmethoden quantitative Ergebnisse liefert, die direkt als Parameter in Werkstoffmodellen verwendet werden können. T2 - DACH-Jahrestagung 2023 CY - Friedrichshafen, Germany DA - 15.05.2023 KW - Röntgen-Refraktion KW - Verbundwerkstoffe KW - Keramik PY - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:b43-576171 UR - https://jahrestagung.dgzfp.de/Portals/jt2023/BB180/Inhalt/p9.pdf UR - https://jahrestagung.dgzfp.de/Portals/jt2023/BB180/Inhalt/default.htm SN - 978-3-947971-29-9 SP - 1 EP - 16 PB - Deutsche Gesellschaft für Zerstörungsfreie Prüfung (DGZfP) CY - Berlin AN - OPUS4-57617 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kupsch, Andreas A1 - Trappe, Volker A1 - Müller, Bernd R. A1 - Bruno, Giovanni T1 - Rissentwicklung in CFK-Laminaten nachgewiesen durch in situ Röntgen-Refraktion N2 - In Leichtbauanwendungen sind Materialien mit geringen Dichten und hohen Festigkeiten gefragt. Insbesondere Faser-Kunststoff-Verbunde (FKV) erfüllen diese Anforderungen und werden zunehmend für Strukturbauteile eingesetzt. Die Oberflächen moderner Rotorblätter von Windkraftanlagen werden aus FKV gefertigt. Das Versagen dieser Materialien hat massiven Einfluss auf die Einsatzfähigkeit der gesamten Windkraftanlage. Daher ist die Kenntnis des Versagensverhaltens dieser Komponenten unter statischer und zyklischer Belastung von großem Interesse, um die Betriebsbeanspruchung abzuschätzen. Im Idealfall wird die Schadensentwicklung unter Betriebslast mit zerstörungsfreien in-situ-Prüfverfahren ermittelt. Hier berichten wir über die Beobachtung der Rissentwicklung in Carbon-Faserverstärkten Kunststoffen (CFK) unter kontinuierlicher Zugbelastung durch in-situ Synchrotron-Röntgenrefraktionsradiographie. Eine selbst entwickelte elektromechanische Zugprüfmaschine mit einem Kraftbereich bis zu 15 kN wurde in den Strahlengang an der BAMline (BESSY II) integriert. Da in herkömmlichen (Absorptions-) Radiographien Defekte wie Zwischenfaserbrüche oder Faser-Matrix-Enthaftung keinen ausreichenden Kontrast verursachen, wird zur Kontrastanhebung die Röntgenrefraktion benutzt. Hier wird das sogenannte Diffraction Enhanced Imaging (DEI) angewandt, um Primär- und gebrochene Strahlung mit Hilfe eines Analysatorkristalls zu trennen. Diese Technik ermöglicht schnelle Messungen mit einem Gesichtsfeld von einigen Quadratmillimetern (hier: 14 mm × 7.2 mm) und ist ideal für in-situ Untersuchungen. Die Bildgebung und der Zugversuch erfolgen mit einer Bildfrequenz von 0.7 / s und einer Dehnrate von 0.00055 / s . Bei 0°/90° Fasergelegen treten die ersten Zwischenfaserrisse bei 380 MPa (Dehnung 0.8 %) auf. Vor dem Versagen bei ca. 760 MPa (Dehnung 2.0 %) beobachten wir die Ausbildung eines nahezu äquidistanten Rissmusters (Risse in ca. 1 mm Abstand), das sich im geschädigten Zustand über die gesamte Probe erstreckt. T2 - DACH-Jahrestagung 2023 CY - Friedrichshafen, Germany DA - 15.05.2023 KW - Röntgen-Refraktion KW - Synchrotronstrahlung KW - CFK KW - Rissentwicklung PY - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:b43-576230 SN - 978-3-947971-29-9 VL - BB 180 SP - 1 EP - 8 AN - OPUS4-57623 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Zocca, Andrea A1 - Müller, Bernd R. A1 - Laquai, René A1 - Kupsch, Andreas A1 - Wieder, Frank A1 - Benemann, Sigrid A1 - Wilbig, Janka A1 - Günster, Jens A1 - Bruno, Giovanni T1 - Microstructural characterization of AP40 apatite-wollastonite glass-ceramic N2 - The microstructure of an apatite-wollastonite (code name AP40) glass-ceramic is analyzed in this study by combining 2D microscopy, phase analysis, X-ray absorption and synchrotron X-ray refraction computed tomography (XCT and SXRCT, respectively). It is shown that this combination provides a useful toolbox to characterize the global microstructure in a wide scale range, from sub-micrometer to millimeter. The material displays a complex microstructure comprising a glassy matrix with embedded fluorapatite and wollastonite small crystals. In this matrix, large (up to 200 μm) spike-shaped structures are distributed. Such microstructural features are oriented around a central sphere, thereby forming a structure resembling a sea urchin. A unique feature of SXRCT, in contrast to XCT, is that internal interfaces are visualized; this allows one to show the 3D distribution of these urchins with exceptionally good contrast. Furthermore, it is revealed that the spike-shaped structures are not single crystals, but rather composed of sub-micrometric crystals, which are identified as fluorapatite and diopside phases by SEM-EDX analysis. KW - Glass-ceramic KW - X-ray refraction KW - Computed tomography KW - Microstructure PY - 2023 U6 - https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2022.12.130 SN - 0272-8842 VL - 49 IS - 8 SP - 12672 EP - 12679 PB - Elsevier Science CY - Amsterdam AN - OPUS4-57452 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Markötter, Henning A1 - Müller, Bernd R. A1 - Kupsch, Andreas A1 - Evsevleev, Sergei A1 - Arlt, T. A1 - Ulbricht, Alexander A1 - Dayani, Shahabeddin A1 - Bruno, Giovanni T1 - A Review of X-Ray Imaging at the BAMline (BESSY II) N2 - The hard X-ray beamline BAMline at BESSY II (Berlin, Germany) has now been in service for 20 years. Several improvements have been implemented in this time, and this review provides an overview of the imaging methods available at the BAMline. Besides classic full-field synchrotron X-ray computed tomography (SXCT), also absorption edge CT, synchrotron X-ray refraction radiography (SXRR), and synchrotron X-ray refraction tomography (SXRCT) are used for imaging. Moreover, virtually any of those techniques are currently coupled in situ or operando with ancillary equipment such as load rigs, furnaces, or potentiostats. Each of the available techniques is explained and both the current and the potential usage are described with corresponding examples. The potential use is manifold, the examples cover organic materials, composite materials, energy-related materials, biological samples, and materials related to additive manufacturing. The article includes published examples as well as some unpublished applications. KW - Material science KW - Radiography KW - Refraction KW - Tomography KW - X-ray imaging PY - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:b43-572417 SN - 1438-1656 SP - 1 EP - 22 PB - Wiley VHC-Verlag AN - OPUS4-57241 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Mouiya, M. A1 - Martynyuk, M. A1 - Kupsch, Andreas A1 - Laquai, R. A1 - Müller, Bernd R. A1 - Doyen, N.T. A1 - Tamraoui, Y. A1 - Serrano Munoz, Itziar A1 - Huger, M. A1 - Kachanov, M. A1 - Bruno, Giovanni T1 - The stress–strain behavior of refractory microcracked aluminum titanate: The effect of zigzag microcracks and its modeling N2 - The stress–strain behavior of ceramics, such as aluminum titanate, has certain features that are unusual for brittle materials—in particular, a substantial nonlinearity under uniaxial tension, and load–unload hysteresis caused by the sharp increase of the incremental stiffness at the beginning of unloading. These features are observed experimentally and are attributed to microcracking. Here we compare different degrees of stress–strain nonlinearity of aluminum titanate materials and quantitatively model them. We use advanced mechanical testing to observe the mechanical response at room and high temperature; electron microscopy, and X-ray refraction radiography to observe the microstructural changes. Experiments show that two types of microcracks can be distinguished: (i) microcracks induced by cooling from the sintering temperature (due to heterogeneity and anisotropy of thermal expansion), with typical sizes of the order of grain size, and (ii) much larger microcracks generated by the mechanical loading. The two microcrack types produce different effects on the stress–strain curves. Such microcracks and the features of the stress–strain behavior depend on the density of the cooling-induced microcracks and on the distribution of grain sizes. They are modeled analytically and numerically. KW - Hystersis KW - Nonlinear stress-strain curve KW - Refractory KW - Stiffness KW - X-ray refraction PY - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:b43-580517 SN - 1551-2916 VL - 106 SP - 6995 EP - 7008 PB - Wiley-Blackwell CY - Oxford [u.a.] AN - OPUS4-58051 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Wang, Y. A1 - Ulbricht, Alexander A1 - Schmidt, F. A1 - Müller, Bernd R. A1 - Kupsch, Andreas A1 - Schwitalla, A.D. T1 - Micro-CT analysis and mechanical properties of low dimensional CFR-PEEK specimens additively manufactured by material extrusion N2 - Material extrusion of thermoplastic polymers enables the realization of complex specific designs with high performance composites. The present study aims at evaluating the mechanical properties of carbon fiberreinforced semi-crystalline thermoplastic polymer polyether ether ketone (CFR-PEEK) manufactured by material extrusion and correlating them with results obtained by micro-CT. Samples in the shape of small bars were provided by Kumovis (Munich, Germany). The determination of surface roughness and density was followed by three-point bending tests. To reveal the pore distribution as well as the fusion quality of CFR PEEK when applied with external forces, micro-CT scans were performed with an X-ray microscope before and after the mechanical test to localize the sites where the fracture is generated. The density of CFR-PEEK bars indicated that they had superior mechanical properties compared with our previous study on unfilled 3D printed PEEK (bending modulus: (5.4 ± 0.5) GPa vs. (1.05 ± 0.05) GPa to (1.48 ± 0.10) GPa; bending strength: (167 ± 11) MPa vs. (51 ± 15) to (193 ± 7) MPa). Micro-CT analyses revealed the local 3D-distribution of voids. Voids of 30 μm diameter are nearly spherical and make up the main part of the total porosity. The larger the voids, the more they deviate from a spherical shape. Significant lack-of-fusion voids are located between the deposited filaments. By growing and merging, they act as seeds for the forming fracture line in the region of the flexural specimens where the maximum local tensile stresses occurred under bending load. Our work provides a detailed analysis of printed PEEK with fiber additive and relates this with mechanical properties. KW - CFR-PEEK KW - Material extrusion (MEX) KW - FFF KW - Surface topography KW - Bending property KW - Micro-CT PY - 2023 U6 - https://doi.org/10.1016/j.jmbbm.2023.106085 SN - 1751-6161 VL - 146 SP - 1 EP - 9 PB - Elsevier Ltd. AN - OPUS4-58112 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Müller, Bernd R. A1 - Soares, A.P. A1 - Kupsch, Andreas A1 - Baum, D. A1 - Hesse, B. A1 - Zaslansky, P. T1 - Untersuchung der Integrität von glasfaserverstärkten Zahnstiften mittels Synchrotron-Röntgenrefraktion N2 - Die Integrität der Verstärkungsfasern in Komposit-Zahnstiften ist entscheidend für die Biegefestigkeit und die langfristige Haftung am Zement in den Wurzelkanälen. Es wurde vermutet, dass die Integrität von glasfaserverstärkten Zahnstiften durch das Beschleifen während der zahnmedizinischen Behandlung beeinträchtigt wird. Eine Beschädigung der Fasern führt zu einer erheblichen strukturellen Schwächung über den gesamten Stiftdurchmesser. Glasfragmente, die durch den Kontakt mit dem Zahnbohrer entstehen, können sich vom Stift lösen und die Haftfähigkeit erheblich verringern. Mit Hilfe hochauflösender Synchrotron-Röntgen-Refraktions-Radiographie (SXRR) konnte das Ausmaß der Schäden zuverlässig identifiziert und charakterisiert werden. Dazu wurden die Glasfaserstifte sowohl im Herstellungszustand als auch nach der Bearbeitung mit einem Diamantbohrer untersucht. Die Datensätze wurden zur Visualisierung und Quantifizierung der morphologischen Charakteristika intakter und durch das Beschleifen beschädigter Regionen analysiert. Sie zeigen Schäden im bearbeiteten Bereich (z. B. Brüche, Splitter und Risse) sowie herstellungsbedingte Inhomogenitäten der Fasern mit einer signifikanten Zunahme der inneren Oberflächen in Probenregionen, die durch das Beschleifen beschädigt wurden. T2 - DGZfP Jahrestagung 2022 CY - Kassel, Germany DA - 23.05.2022 KW - Röntgen-Refraktion KW - Verbundwerkstoffe KW - Zahnstifte PY - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:b43-549231 SP - 1 EP - 7 AN - OPUS4-54923 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Müller, Bernd R. A1 - Soares, A.P. A1 - Kupsch, Andreas A1 - Baum, D. A1 - Hesse, B. A1 - Zaslansky, P. T1 - Untersuchung der Integrität von glasfaserverstärkten Zahnstiften mittels Synchrotron-Röntgenrefraktion N2 - Die Integrität der Verstärkungsfasern in Komposit-Zahnstiften ist entscheidend für die Biegefestigkeit und die langfristige Haftung am Zement in den Wurzelkanälen. Es wurde vermutet, dass die Integrität von glasfaserverstärkten Zahnstiften durch das Beschleifen während der zahnmedizinischen Behandlung beeinträchtigt wird. Eine Beschädigung der Fasern führt zu einer erheblichen strukturellen Schwächung über den gesamten Stiftdurchmesser. Glasfragmente, die durch den Kontakt mit dem Zahnbohrer entstehen, können sich vom Stift lösen und die Haftfähigkeit erheblich verringern. Mit Hilfe hochauflösender Synchrotron-Röntgen-Refraktions-Radiographie (SXRR) konnte das Ausmaß der Schäden zuverlässig identifiziert und charakterisiert werden. Dazu wurden die Glasfaserstifte sowohl im Herstellungszustand als auch nach der Bearbeitung mit einem Diamantbohrer untersucht. Die Datensätze wurden zur Visualisierung und Quantifizierung der morphologischen Charakteristika intakter und durch das Beschleifen beschädigter Regionen analysiert. Sie zeigen Schäden im bearbeiteten Bereich (z. B. Brüche, Splitter und Risse) sowie herstellungsbedingte Inhomogenitäten der Fasern mit einer signifikanten Zunahme der inneren Oberflächen in Probenregionen, die durch das Beschleifen beschädigt wurden. T2 - DGZfP Jahrestagung 2022 CY - Kassel, Germany DA - 23.05.2022 KW - Röntgen-Refraktion KW - Verbundwerkstoffe KW - Zahnstifte PY - 2022 AN - OPUS4-54924 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Müller, Bernd R. A1 - Kupsch, Andreas A1 - Bruno, Giovanni T1 - Microstructure characterization of materials using X-ray refraction techniques N2 - X-ray refraction is an excellent tool for the characterization of the microstructure of materials. However, there are only a few (synchrotron) laboratories in the world that use this technique for material characterisation. Therefore, the seminar will first explain the basic principles of X-ray refraction and the measurement techniques installed at the hard X-ray beamline BAMline at BESSY II (Berlin, Germany). This is followed by examples of investigations on fibre-reinforced plastic composites (CFRP) as well as ceramic (Cordierite, ZrO2-SiO2) and metallic materials (Ti-6Al-4V, Inconel). Some of the investigations were carried out both ex-situ and in-situ under mechanical and thermal load. The results are correlated with the mechanical properties of the materials. T2 - LNLS Users Group Seminar Series CY - Campinas, Brasil DA - 25.10.2022 KW - X-ray refraction KW - Analyzer-Based Imaging KW - BAMline PY - 2022 AN - OPUS4-56117 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -