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A new approach is discussed for characterizing the damage state of FRP with the appearance of micro cracking and its influence on the residual strength. For the quantitative analysis of micro cracking, X-ray refraction topography was used. Fatigue treatment of carbon fibre reinforced plastics (CFRP) laminates were performed to create defined damage states. With regard to real loading conditions of CFRP, studies on tube samples were performed to investigate two dimensional (tensiontorsion) loads. A rheological material model was presented which described the increase of micro cracking in ±45° CFRP laminates with a continuum mechanical approach. The correlation between the results of the X-ray refraction topography, the damage parameter of the rheological model and the decrease of residual strength were shown. The inter fibre fracture surface of the investigated CFRP materials was determined with tensiontorsion loaded tube specimens of 90°-laminate and a layer-wise strength analysis was done. Micro cracking occurs even at 50% inter-fibre fracture loading and can lead to a distinct strength reduction. The intralaminar fatigue effect itself seems to be an indication for the damage accumulation and the load history.
Microstructural characterization of porous materials by two-dimensional X-ray refraction topography
(2004)
X-ray refraction topography determines the internal surfaces and interfaces of non-metallic porous materials within the range of namometer to micrometer dimensions. The method is based on refraction of X-rays caused by interfaces of microstructures in heterogeneous materials.
Generally, it permits a non-destructive full volume characterization of the pore topology. The X-ray refraction scanning technique make possible to visualize integral interface properties up to 10 μm spatial resolution by two-dimensional topographic images. It detects the spatially resolved internal surfaces of both, open and closed pores. Comparison to a certified powder reference of uniform grain size and known packing density reveals a quantitative measure for calibration requirements. An investigation on SiC- and Al2O3-ceramics illustrate the quantitative characterization of the internal surface density, pore sizes and their spatial distribution as well as local porosity fluctuations.
Zerstörungsfreie Bestimmung der inneren Oberflächen von Faserkompositen und porösen Materialien
(2000)
Schwammartige glaskeramische Biowerkstoffe werden zunehmend als Knochenersatzmaterial verwendet und sind bereits im Tierversuch erprobt. Für den optimalen Einsatz dieser gut resorbierbaren Biowerkstoffe ist eine zuverlässige Charakterisierung erforderlich. Im Vordergrund stehen dabei der Herstellungsprozess, über den die offene Porosität kontrolliert eingestellt wird, sowie der Sintervorgang, der die Struktur des keramischen Gerüstmaterials entscheidend prägt. Hier werden mittels Röntgenrefraktionsanalyse und lichtoptischer Bildauswertung sowohl Porosität als auch die innere Oberflächendichte bestimmt. Während mit beiden Verfahren die Porositäten gut übereinstimmen, weichen die Oberflächendichten signifikant voneinander ab. Dieser Unterschied ist hauptsächlich auf mikrostrukturelle Defekte im keramischen Werkstoffgefüge zurückzuführen, die von der Bildanalyse quantitativ nur unvollständig erfasst werden. Dagegen ist die bildanalytische Auswertung der typischen, großporigen Hohlraumstruktur im Vergleich zur Röntgenrefraktion von Vorteil. Die Untersuchungen zeigen, dass die Kombination beider Verfahren eine geeignete Ergänzung darstellt, um die Strukturparameter verlässlich bestimmen zu können. Dies ist auch die wesentliche Voraussetzung für die Optimierung der Materialeigenschaften.