3D-Computertomographie einer PKW-Bremsscheibe aus C/C-SiC Zielsetzung der Qualitätssicherung (QS)
Zerstörungsfreie Methoden der Fehlererkennung
Bislang sind drei der klassischen zerstörungsfreien Untersuchungstechniken am Institut verfügbar, die intensiv zur Fehlerdetektion und -interpretation genutzt werden: die Ultraschallanalyse (luft- und wassergekoppelt), die Lockin-Thermographie sowie die Röntgendurchstrahlung. Je nach Material und Bauteilart werden diese Verfahren zwischen den einzelnen Fertigungsschritten oder Testzyklen eingesetzt, um den Zustand des Bauteils zu erfassen, ohne in das Werkstoffgefüge zerstörerisch einzugreifen. So lassen sich wertvolle Informationen über Degradationserscheinungen und Zustandsbedingungen an versagenskritischen Fügezonen gewinnen. Durch die Kombination dieser drei Methoden lässt sich nicht nur die phänomenologische Beschreibung des Versagens an großen Bauteilen sondern auch der Einfluss und das Zusammenspiel materialspezifischer Versagensmechanismen bis zur Auflösungsgrenze der einzelnen Analyseverfahren durchführen.
Ultraschalltechnologie (US): Das Institut hat im Rahmen der Bauteilentwicklung Kompetenzen sowohl in der wasser- als auch in der luftgekoppelten US-Technologie aufgebaut. Letztere kommt vor allem bei porösen Werkstoffen zur Anwendung. Mit Hilfe der Ultraschalltechnologie werden in erster Linie CFK- und CMC-Komponenten bis zu Abmessungen von 800 mm Durchmesser auf lokale Schäden und Inhomogenitäten untersucht. Die US-Technik konzentriert sich im Wesentlichen auf die QS-begleitenden Maßnahmen bei der Bauteilentwicklung.
Lockin-Thermographie (LT): Dieses Verfahren basiert auf einer CEDIP Jade III LWIR-Kamera (λ = 7,7-9,3 µm) mit der die Intensität und zeitliche Verschiebung bzw. Ausbreitung von Wärmewellen registriert werden kann. Zur Einbringung der Wärmeimpulse (z.B. mit Halogenscheinwerfern) werden unterschiedliche Frequenzen gewählt. Wärmewellen mit höherer Frequenz (0,1-1 Hz) dringen nur etwa 0,5 mm tief ins Bauteil ein. Sie eigenen sich vor allem zur Bewertung von Schichtstrukturen an der Bauteiloberfläche. Wärmewellen mit niedrigerer Frequenz (0,001-0,05 Hz) dringen dagegen bis zu 6 mm tief ins Material ein. Sie eignen sich vor allem zur großflächigen Charakterisierung der Qualität von Klebeverbindungen sowie zum Aufspüren von Inhomogenitäten und Delaminationen. Mit diesem Verfahren können auch dynamische Prozesse, wie der Verlauf einer Harzfront während des Infiltrationsvorgangs von Faserverbundwerkstoffen in situ beobachtet werden.
Röntgendurchstrahlung: Gegenüber der US- und LT-Analyse bietet die filmbasierte Röntgentransmissionsanalyse ein sehr viel höheres Auflösungsvermögen. Mit der zur Verfügung stehenden 60 kV Röntgenröhre bietet sich bei Platten und flachen Bauteilen die Möglichkeit, in großflächigen Bereichen (bis ca. 600 x 600 mm) eventuell auftretender Risse oder Fremdeinschlüsse sowie die Struktur und Verteilung von Fasern und keramischer Matrix abzubilden.
Seit 2006 werden diese Messmethoden durch die Computertomographie-Analyse ergänzt, mit deren Hilfe es möglich ist, selbst komplexe Bauteilgruppen mit hoher Auflösung abzubilden und die inneren Strukturen in nahezu jeder gewünschten räumlichen Orientierung darzustellen. Die zerstörungsfreie Fehleranalyse wird dadurch sehr viel anschaulicher und genauer. Zudem entfällt die Gefahr einer Fehlinterpretation aufgrund einer ungünstigen Bauteilorientierung.