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Kurzfassung
Röntgen-Computertomographie (CT) ist eine industriell eingeführte Technik zur zerstörungsfreien Fehlererkennung. Seit einiger Zeit werden industrielle CT-Anlagen auch zur Geometriebestimmung, d.h. für dimensionelle Messungen eingesetzt. Bei diesen Messungen treten Messabweichungen auf, die wegen komplexer Einflussgrößen derzeit nur schlecht quantifiziert werden können. Die Größe der beobachteten Messabweichungen erschwert zum Teil noch die weitere Anwendung der CT als Messtechnik. Das momentan mit CT messbare Teilespektrum wird bei dickwandigen Bauteilen durch die fehlende Verfügbarkeit von Röntgendetektoren für hohe Energien (speziell Flächendetektoren) beschränkt. Im folgenden wird ein Forschungsprojekt zwischen 10 deutschen Industrieunternehmen und Instituten und zwei deutschen Bundesanstalten (Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) und Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung) vorgestellt, dass die Weiterentwicklung der CT als dimensionelle Messtechnik zur Aufgabe hat. Das Projekt hat eine Laufzeit von drei Jahren (Start 01.Okt. 2003). Es werden hier die Projektziele und erste Ergebnisse vorgestellt.
Micro-computed tomography (µCT) provides quantitative three-dimensional information of bone around titanium implants similar to classical histology. The study, based on an animal model, using cuboid-shaped biofunctionalised Ti6Al4V implants with surrounding bone after 4 weeks, is performed using 3 µCT-systems with X-ray tubes, one synchrotron-radiation-based µCT-system (SRµCT), and classical histology. Although the spatial resolution of the µCTsystems is comparable, only the results of SRµCT agree with results of classical histology. The X-ray tube sources give rise to huge artefacts in the tomograms (interface scattering, beam hardening), which impaired the quantitative analysis of bone up to about 200 µm from the implant surface. Due to the non-destructive character of µCT the specimens can be subsequently examined by classical histology
without restriction. The quantitative comparison of bone formation uncovers the strong dependence of the detected amount of newly formed bone from the selected slice. This
implies the necessity of 3D analysis. SRµCT and classical histology prove that surface modifications of the titanium implant significantly influence the bone formation. Using SRµCT, the preparation artefacts due to cutting and polishing are excluded.
Erstmals wurden MMCs mit Hilfe der Interface-Kontrast verstärkenden Röntgen-Refraktions-Technik in Kombination mit der 3D-CT-Technik untersucht. Die Methode der Röntgen-Refraktions-Topography sowie der Röntgen-Refraktions-Tomography wurden in den letzten Jahren speziell für die zerstörungsfreie Charakterisierung von Leichtbau-Hochleistungs-Werkstoffen wie Verbund-Werkstoffen und Keramiken entwickelt. Die Technik basiert auf der Refraktion von Röntgenlicht an Grenzflächen zwischen Bereichen unterschiedlicher Elektronendichte wie z.B. Faser- und Matrix-Werkstoff. Auf Grund der kurzen Röntgen-Wellenlänge hat der Brechungsindex einen Wert dicht bei eins, sodass der Streuwinkel nur wenige Bogenminuten beträgt. Der Vorteil der kurzen Wellenlänge besteht jedoch darin, dass Poren und Risse detektiert werden können, deren Größe im Nanometerbereich liegen. Damit kann die Refraktions-Technik zum besseren Verständnis von Mikro- und Submikro-Strukturen in der Materialwissenschaft eingesetzt werden. Mit der hier vorgestellten Refraktions-CT wurden Ermüdungsmechanismen an MMCs, bestehend aus SiC-Faser verstärktem Titan (Ti6242) untersucht. Die Messungen wurden am Röntgen-Messplatz der BAM (BAMline) am Synchrotron-Speicherring-BESSY in Berlin Adlershof durchgeführt.