Werkstoffe besser verstehen

Hochaufgelöste, dreidimensionale Blicke ins Innere von Werk­stoffen: An der Uni Halle-Witten­berg wurde ein hoch­modernes Röntgen­mikro­skop in Betrieb genommen. Das Gerät ermög­licht es beispiels­weise, Ver­ände­rungen in Werk­stoffen unter Hitze­ein­wirkung direkt zu beob­achten. Finan­ziert wurde das Röntgen­mikro­skop im Rahmen der Groß­geräte­initi­ative der DFG. „Mit der Zeiss Xradia 810 Ultra können wir dem Forschungs­schwer­punkt Nano­struktu­rierte Materi­alien an unserer Univer­sität einen neuen Schub geben und zugleich den Forschungs­ein­rich­tungen am Weinberg-Campus in Halle die Chance eröffnen, an dem hoch­modernen Gerät zu arbeiten“, sagt Ralf Wehr­spohn, Inhaber des Lehr­stuhls für mikro­struktur­basiertes Material­design an der Uni Halle-Witten­berg und Leiter des Fraun­hofer-IMWS.

Abb.: Das Röntgenmikroskop Zeiss Xradia 810 Ultra wird künftig an der Uni Halle-Witten­berg zur Material­forschung genutzt. (Bild: Fh.-IMWS)

Mit der innovativen Technologie kann automatisiert das Gefüge von Materi­alien abge­bildet werden. Das Röntgen­mikro­skop schafft einen drei­dimen­sio­nalen Ein­blick in die Beschaf­fen­heit von Werk­stoffen und lässt Rück­schlüsse auf ihr Ver­halten zu. Mit dieser erst seit Kurzem ver­füg­baren Techno­logie ist es abseits von Elek­tronen­speicher­ringen in Groß­forschungs­ein­rich­tungen möglich, Hoch­leistungs­materi­alien auf mikro­struktu­reller Ebene in drei Dimen­sionen zu unter­suchen.

Dabei ist der Analyseablauf dreistufig: Zunächst wird mit dem von der Firma 3D-Micromac AG aus Chemnitz gemein­sam mit dem Fraun­hofer-IMWS ent­wickelten Laser­präpa­ra­tions­gerät microPREP eine Probe erzeugt, die über die passende Geometrie zur Unter­suchung im Röntgen­mikro­skop ver­fügt. Die Generie­rung experi­men­teller 3D-Daten erfolgt dann mit dem hoch­auf­lösenden 810 Ultra von Zeiss und die Visua­lisie­rung und Analyse der Daten mit einer neu­artigen Virtual-Reality-Daten­brille InViewR der Arivis AG.

„Durch das Zusammenspiel der drei Technologien kann mit höchster Auf­lösung eine 3D-Struktur­infor­ma­tion gewonnen werden, die die Grund­lage für die beschleu­nigte Ent­wick­lung neuer Materi­alien bildet. Die mit dem neuen Groß­gerät erreich­bare Auf­lösung von fünfzig Nano­metern bei unter­suchten Proben­volumen von fast vier­tausend Mikro­kubik­metern schließt eine von anderen Mikro­struktur­diagnostik­ver­fahren nicht erfasste Lücke“, sagt Thomas Höche, Leiter des Geschäfts­felds Optische Materi­alien und Techno­logien des Fraun­hofer-IMWS.

Bei den zu untersuchenden Materialien handelt es sich in erster Linie um struk­tu­rierte Gläser und Glas­kera­miken, wie sie in Displays oder Herd­platten vor­kommen. Beispiels­weise kann mit dem Groß­gerät das Wachs­tum von Kris­tallen in Glas­keramik drei­dimen­sional ver­folgt werden. Das ermög­licht die Steue­rung ver­schie­dener Prozess­para­meter wie der Tempe­ratur, um gewünschte Struk­turen erzeugen zu können. Das Röntgen­mikro­skop wird auch anderen wissen­schaft­lichen Arbeits­gruppen zur Ver­fügung stehen. Beispiels­weise werden Forscher der TU Claus­thal, der Uni Osna­brück, der Bundes­anstalt für Material­prüfung und -forschung, der Uni Erlangen-Nürn­berg und anderer Forschungs­ein­rich­tungen das Gerät in Halle nutzen.

Fh.-IMWS / RK