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For the first time Metal Matrix Composites (MMC) have been investigated by 3D Computed Tomography combined with enhanced interface contrast due to X-ray refraction. X-ray refraction is a relatively new approach for the characterization of advanced materials. The related techniques of Refraction Topography and Refraction Computed Tomography have been developed and applied at our laboratory during the last decade to meet the actual demand for improved nondestructive characterization of high performance composites, ceramics and other low density materials and components. X-ray refraction occurs, when X-rays crosses interfaces of spherical or cylindrical shape (e.g. pores or fibres) in the same way as visible light is refracted by lenses. These X-ray optical effects can be observed at small scattering angles of few minutes of arc as the refractive index n of X-rays is nearly unity (n = 1 10-6). Due to the short X-ray wavelength of about 0.1 nm the technique determines the amount of inner surfaces and interfaces of nanometer dimensions. The technique is expected to solve many problems in understanding the meaning of micro and sub micro structures in materials science. With the results of the CT investigation, some questions could be clarified for a better understanding of fatigue failure mechanisms under cyclic loading conditions. The specimens for the test programme have been provided by MTU Aero Engines. They consist of a titanium matrix (Ti6242) reinforced by SiC fibres (SCS6). The investigations have been performed at the materials research station of BAM (BAMline) at the Synchrotron Facility BESSY in Berlin, Germany.
Analysis of morphology and composition with computed tomography exemplified at porous asphalt
(2007)
Industrial computed tomography (CT) today is an important method to analyze defects and to measure the geometry of technical products. The measurement capability of industrial CT often depends on the knowledge of the measurement errors being present. Only with this knowledge, effective corrections are possible by manufacturers, or adapted measurement procedures become possible for the customers. Thus, there is the strong need to have adequate reference standards both for the assessment of general dependencies and for the measurement of task-specific effects. Especially the latter are difficult to assess. This paper shows the application of a versatile dismountable workpiece-near reference body for the use with CT. The reference standard was made from a miniaturized cast aluminium (one-)cylinder head. It can be dismounted into four segments, each featuring reference geometries which enable a registration of CT measured and other reference datasets (e.g. from tactile CMM). The reference standard embodies complex freeform surfaces which are a challenging measurement task for CT and other sensors. Here the application of the reference standard is the study of the influence of material mixes. This is realized by adding pieces of other materials which disturb the mono-material measurement.
Results of the application of the reference standard are presented using data from industrial micro-CT systems and CMM reference data. A special emphasis is given on the workflow of the data processing and the data analysis.
In this paper the characterisation of functionally graded materials is elucidated by several different methods. These methods described here are used for the quantitative analysis of materials with a local dependence of microstructure parameters. Using X-ray microscopy (computed tomography) for 3D-measurements and optical microscopy on polished sections for 1D and 2D measurements on the same sample, a ceramic filter consisting of sintered spherical particles, various mathematical evaluation methods are described and compared.
Charakterisierung typischer Defektstrukturen in modernen Werkstoffen mittels Computertomographie
(2008)
Analyzing damages at concrete structures due to physical, chemical, and mechanical exposures need the application of innovative non-destructive testing methods that are able to trace spatial changes of microstructures. Here, the utility of three different crack detection methods for the analysis of computed tomograms of various cementitious building materials is evaluated. Due to the lack of reference samples and standardized image quality evaluation procedures, the results are compared with manually segmented reference data sets. A specific question is how automatic crack detection can be used for the quantitative characterization of damage processes, such as crack length and volume. The crack detection methods have been integrated into a scientific visualization system that allows displaying the tomography images as well as presenting the results.
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.
Phasenkontrastmessungen haben sich als hilfreich bei der
Kantenfindung von Strukturen mit nur geringem Absorptionskontrast erwiesen.
Solche Messungen können besonders gut mit monochromatischer Röntgenstrahlung
hoher räumlicher Kohärenz durchgeführt werden, wie sie bei der Synchrotron-
Computertomographie (SY-CT) benutzt wird. Nachteilig wirken sich allerdings die
Phasenverschiebung des Synchrotronstrahls über das Strahlprofil und damit die
Kantenverbreiterung in den zu untersuchenden Strukturen aus. Daher ist ein
dimensionelles Messen mit normalen Rekonstruktionsverfahren nicht möglich. In
der vorliegenden Arbeit werden neue Filterverfahren zur Korrektur der
Phasenverschiebung unter Beibehaltung des erhöhten Kontrastes bei der
Rekonstruktion angewandt, um ausgewählte einkomponentige Referenzobjekte
hinsichtlich der dimensionellen Messeigenschaften zu untersuchen. Als Referenz
werden rückgeführte Messungen mit taktilen Koordinatenmessmaschinen
herangezogen. Die Untersuchungen wurden im freien Strahl durch Variation des
Abstandes zwischen Objekt und Detektor am Strahlrohr der BAM am Helmholtz-
Zentrum Berlin für Materialien und Energie - Speicherring BESSY II durchgeführt.
Drucksondierungen, teufengenaue Probenahme und Präparation MKW-kontaminierter Lockersedimente
(2000)
Ein dreidimensionaler Prüfkörper für die Lunkererkennung in Gussteilen mittels Computertomographie
(2010)
Die Computertomographie (CT) hat sich als dimensionelle Messmethode in der industriellen Produktion etabliert. Durch Messungen an speziellen Prüfkörpern ist es möglich, quantitative Informationen über die metrologischen Eigenschaften dimensioneller Messungen zu erhalten. In dieser Arbeit wird einen Aluminium-Guss-Prüfkörper (120 mm x 90 mm x 60 mm) benutzt, mit dem – in der vorliegender Form – auch der Einfluss von Materialien unterschiedlicher Schwächung auf dimensionelle CT-Messungen untersucht werden kann. Der Prüfkörper ist in vier Segmente zerteilt, so dass auch innenliegende, raue Gussfreiformflächen der taktilen Koordinatenmessung zugänglich sind. Durch adaptierte Rubinkugeln als Referenzstrukturen können die CT-Messdaten in taktile Referenz-Koordinatensysteme überführt werden. Um den Einfluss von Materialien unterschiedlicher Schwächung auf das dimensionelle Messen mit CT zu untersuchen, wurden stärker schwächende ZTA-Störkugeln (Zirconia Toughened Alumina) mit zur Ausrichtung geeigneter Symmetriebrechung in der Nähe von ausgewählten taktilen Messstellen angebracht.
Zur Bewertung der Messabweichungen dienen taktile Referenzmessungen an den ZTA-Kugeln sowie taktile Messungen an den Freiformflächen des Gussteils, wobei durch ein iteratives Antastverfahren eine verbesserte Erfassung der Geometrie auch bei starken lokalen Oberflächenkrümmungen sichergestellt wird.
Zwei Bildhauermodelle aus dem Georg-Kolbe-Museum Berlin standen
zur Restaurierung an. Das kleinere, 'Lucino' (1920), 41cm, wurde hochauflösend
mit CT gemessen, da mittels CT sowohl der Herstellungsprozeß einer Gipsstatue
als auch der innere Zustand, wie Ergänzungen, Klebungen und Armierungen,
festgestellt werden können. Aus den CT Bildern ergab sich eine für die vorher vermutete
Gipszusammensetzung ungewöhnliche innere Struktur. Mit einer Freihand
bedienten Röntgenpistole zur Messung der Röntgenfluoreszenz wurde daraufhin die
Zusammensetzung des Materials der Statuette als Terracotta bestimmt. Durch den
Einsatz von Helium als Spülmittel konnten auch leichte Materialien nachgewiesen
und so eine Unterscheidung zwischen Gips und gebranntem Ton durchgeführt werden.
Aus den CT Daten wurde eine virtuelle Darstellung der äußeren Geometrie gewonnen.
Ein damit versuchsweise erstelltes Replik (Rapid Prototyping, 3D-Drucker,
TU-Berlin) entsprach nicht den Anforderungen des Museums zur Erstellung einer
Gußform für eine Bronzekleinserie der Statuette.
Die zweite Statue, die 'Große Nacht' (1930) ist mit ihrer Größe von 2,12m und aufgrund
des durch korrodierende Metallarmierung verursachten Schadensbildes nicht
mehr transportfähig. Eine in-situ Untersuchung mit dem mobilen Tomographen, der
in den 1980ern zur Untersuchung von Bäumen gebaut und jetzt mit einem modernen
Flachdetektor und einer Röntgenröhre ausgestattet ist, wird vorgestellt. Die Möglichkeiten
der in-situ CT für große Skulpturen werden anhand der Ergebnisse diskutiert.