Filtern
Dokumenttyp
Schlagworte
- Pore orientation (3)
- Porous ceramics (3)
- Diesel particulate filters (2)
- X-ray refraction (2)
- 3D microstructure (1)
- 3D-Mikrostruktur (1)
- Complex microstructure (1)
- Computed tomography (1)
- Computer-Tomographie (1)
- Cordierit (1)
Evaluating porosity in cordierite diesel particulate filter materials, part 1 X-ray refraction
(2013)
Bi-continuous porous ceramics for filtration applications possess a particularly complicated microstructure, with porosity and solid matter being intermingled. Mechanical, thermal, and filtration properties can only be precisely estimated if the morphology of both solid matter and porosity can be quantitatively determined. Using x-ray absorption and refraction, we quantitatively evaluate porosity and pore orientation in cordierite diesel particulate filter ceramics. Porosity values turn out to agree with mercury intrusion measurements, while pore orientation factors agree with published crystallographic texture data.
Complementary to Part 1 of this work, the bi-continuous microstructure of porous synthetic cordierite ceramics for filtration applications was investigated using 3D x-ray computed tomography at different resolutions. Applying both Fast Fourier Transform and a newly developed image analysis algorithm, we quantitatively evaluated porosity and pore orientation. The statistical approach allows extraction of spatially resolved or average values. Porosity values based on x-ray absorption agree with mercury intrusion measurements, while pore orientation factors agree with x-ray refraction data (Part 1 of this work), and with published crystallographic texture data.
The combination of tomographic, microstructural data with other experimental techniques and with modeling is paramount, if we want to extract the maximum amount of information on material and component properties. In particular, quantitative image analysis, statistical approaches, direct discretization of tomographic reconstructions represent concrete possibilities to extend the power of the tomographic 3D representation to insights into the material and component performance. This logic thread holds equally for industrial and academic research, and valorizes expensive experiments such as those carried out at synchrotron sources, which cannot be daily repeated. We shall show a few examples of possible use of X-ray tomographic data for quantitative assessment of damage evolution and microstructural properties, as well as for non-destructive testing. We will also show how X-ray refraction computed tomography (CT) can be highly complementary to classic absorption CT, being sensitive to internal interfaces.
Bikontinuierliche poröse Keramiken für Filteranwendungen weisen eine komplizierte Mikrostruktur auf, in der Poren und Festkörperphase 'vermischt' sind. Mechanische, thermische sowie Filtereigenschaften können nur präzise bestimmt werden, wenn die Morphologie beider Phasen quantitativ angegeben werden kann. Hier werden unter Anwendung von 3D Computertomographie (CT) und verschiedenen Techniken, die auf der Röntgenrefraktion basieren, die Porosität und die Porenorientierung in keramischen Cordierit-Dieselpartikelfiltern bewertet. Dabei werden zur Auswertung der Tomogramme die Fouriertransformierten sowie eine neu entwickelte richtungssensitive Bildanalyse (DIVA, directional interface variance analysis) angewandt. Sowohl die genannten Messtechniken als auch der statistische Ansatz gestatten die Extraktion optional ortsaufgelöster oder gemittelter Werte. Es ergeben sich sehr gute Übereinstimmungen der experimentell ermittelten Porositätswerte mit Ergebnissen aus Quecksilberintrusionsversuchen als auch der ermittelten Porenorientierung im Vergleich zu publizierten Angaben zur kristallographischen Textur. Dies legt den Schluss nahe, dass die Kenntnis der Grenzflächen (zwischen Poren und Materie) genügt, die morphologischen Eigenschaften solcher Materialien hinreichend zu beschreiben.
Bi-continuous porous ceramics for filtration applications possess a particularly complicated microstructure, whereby porosity and solid matter are intermingled. Mechanical, thermal, and filtration properties can only be precisely estimated if the morphology of both solid matter and porosity can be quantitatively determined. Using 3D computed tomography (CT) at different resolutions, and several X-ray refraction-based techniques, we quantitatively evaluated porosity and pore orientation in cordierite diesel particulate filter ceramics.Moreover, applying both Fast Fourier Transform (FFT) and a newly developed image analysis algorithm (directional interface variance analysis, DIVA), we quantitatively evaluated porosity and pore orientation. Both the experimental techniques and the statistical approach allow extraction of spatially resolved or average values.Porosity values from synchrotron computed tomography used turn out to agree with mercury intrusion measurements, while pore orientation factors agree with published crystallographic texture data. This latter point also implies that the study of the pore/matter interface is sufficient to describe the morphological properties of these materials.
Die Ultraschallmikroskopie von kleinen Bauteilen mit fokussierenden Prüfköpfen
ist seit Jahren gängige Praxis. Leider Ist sie für den Einsatz in der On-Line-
Qualitätskontrolle zu zeitaufwändig. Deshalb wurde an der Bundesanstalt für
Materialforschung und -prüfung (BAM) auf der Basis von Polyvinyliden-Fluorid
(PVDF) wurde eine fokussierende Wandlerzeile entwickelt Sie ist Teil eines Prüfgerätes,
das durch die Verbindung von mechanischer und elektronischer Steuerung
des Ultraschallfeldes hohe Abtastgeschwindigkeiten erreicht. Dadurch, können
die Prüfzeiten so stark reduziert werden, dass eine On-line-Nutzung möglich
wird.
Das Ultraschallfeld der Wandlerzeile wurde dreidimensional ausgemessen und
das Ergebnis mit einem numerischen Modell /1/ verglichen. Die Übereinstimmung
zwischen berechnetem und gemessenem Schallfeld war sehr gut. Eine
Optimierung der elektronischen Ansteuerung führte darüberhinaus zu einer
erheblichen Reduzierung der störenden Nebenmaxima. Die Mittenfrequenz der
Prüfimpulse liegt über 15 MHz und der Fokus des Prüfkopfes beträgt weniger als
0,5 mm im Durchmesser.
Mit dieser Wandlerzeile und der entsprechenden elektronischen Steuerung
wurde eine Aluminium-Schweißnaht untersucht, die vorher mit einem konventionellen
fokussierenden Prüfkopf abgetastet worden war. Beide Prüfergebnisse
zeigen die gleiche Strukturauflösung, so dass der Zeitgewinn uneingeschränkt
als Vorteil für die Wandlerzeile zu Buche schlägt.