5 Werkstofftechnik
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The field of materials science is defined as “the study of the properties of solid materials and how those properties are determined by a material’s composition and structure.”. Many –if not most– of the materials that are produced nowadays owe their properties to structures engineered down to the nanoscopic level. This need has been partly realized thanks to the understanding of materials’ building blocks via characterization techniques that reach this level of resolution. Transmission electron microscopy, since its first implementation in the early 1930s (in Berlin), has been implemented to achieve imaging –and spectral– analysis at lateral resolutions down to the atomic level.
In this contribution, a series of practical examples will be presented, where applied materials are characterized by a range of transmission electron microscopy techniques to understand structural and functional properties of a wide range of materials. Among these materials examples will be presented on structural conventionally and additively manufactured metallic alloys, high entropy alloys, dissimilar aluminum-to-steel welds, magnetic nanoparticles, ceramic coatings, high temperature oxidation products. Addressed will be either the effect of processing route or that of the exposure to experimental conditions similar to those found in the respective intended applications.
Die Abbildung von Bruchflächen im Rasterelektronenmikroskop (REM) liefert hochaufgelöste Bilddaten, die für die mikrofraktografische Bewertung von Bruchmechanismen unerlässlich sind. Die Ermittlung von Bruchmechanismen ist oft ein wichtiger Teil von Schadensanalysen zur Ermittlung der Bruchursache. Durch den Abbildungsprozess im REM gehen räumliche Informationen im Normalfall größtenteils verloren und können daher nicht zur Präzisierung des Bruchmechanismus herangezogen werden.
Um räumliche Informationen von Probenoberflächen im REM zu erfassen, gibt es verschiedene Methoden. Die für die Ermittlung der 3D-Topografie bereits länger eingeführten Verfahren mittels Proben- oder Strahlkippung können die Berechnung des Oberflächenmodells erst nach der seriellen Aufnahme mehrerer Bilder vornehmen. Mit der Verwendung eines segmentierten Rückstreudetektors ist dagegen die Erzeugung eines 3D-Oberflächenmodells während der Bildaufnahme praktisch in Echtzeit möglich. Die Probentopografie wird gleichzeitig mit dem Bildeinzug dargestellt und gespeichert.
Die Abbildung von Bruchflächen im REM liefert hochaufgelöste Bilddaten, die für die mikrofraktografische Bewertung von Bruchmechanismen unerlässlich sind. Durch den Abbildungsprozess im REM gehen räumliche Informationen im Normalfall größtenteils verloren. Mit der Verwendung eines segmentierten Rückstreudetektors ist dagegen die Erzeugung eines 3D-Oberflächenmodells während der Bildaufnahme praktisch in Echtzeit möglich. Die hier beschriebene Untersuchung soll die Anwendbarkeit des Verfahrens auf Bruchflächen zeigen. Zukünftig können Topografiedaten dazu beitragen, Bruchflächen besser zu interpretieren.