DFG-Großgerät Computertomograf
Die Deutschen Forschungsgemeinschaft und das Land Rheinland-Pfalz haben ein neues Laboratorium der Computertomographie mit dem Computertomografen TomoScope L der Firma Werth Messtechnik GmbH am Lehrstuhl für Mechanische Verfahrenstechnik gefördert.
Der Computertomograf ist mit einem Dualröntgenröhrensystem aus zwei Transmissionsröhren (160 kV und 240 kV) mit jeweils kleinen Brennflecken (minimaler Brennfleckdurchmesser: 500 nm und 1,5 µm) sowie einem hochauflösenden, großflächigen Detektor (ca. 400 mm x 400 mm mit 4000 x 4000 Pixel) ausgestattet (Abbildung 1). Diese Konfiguration ermöglicht eine hohe, nachgewiesene Detailerkennbarkeit von Strukturen ≥ 1,1 µm und eine große Flexibilität zur Vermessung von Materialien verschiedener Dichten und Probedicken (z.B. Aluminium, Stahl, Titan, Keramik, Elastomere, Hybrid-Kunststoffe, glasfaserverstärkte Kunststoffe, etc.).
Die Mikro-CT-Analysen werden für folgende Untersuchungen eingesetzt:
- Mechanismen der Strukturbildung von Agglomeraten
Es werden Zusammenhänge zwischen den Parametern der Agglomerationsprozesse und der Mikrostruktur sowie den mechanischen Eigenschaften von Agglomeraten erforscht.
Durch Mikro-CT-Analysen können die Mikrostrukturdaten (Primärpartikelpackung, Porosität, Binderverteilung, Größe und Form der Festkörperbrücken, Coatingschichtdicke) gewonnen werden, die die Agglomeratdeformation und -bruch entscheidend beeinflussen. Daraus können Rückschlüsse auf die Mechanismen der Agglomeratbildung bei unterschiedlichen Verfahren gezogen werden. Abbildung 2 zeigt die Mikro-CT-Aufnahme eines Agglomerates.
Diese µCT-Daten sind für die Generierung der Mikrostruktur in der Simulation wichtig. Für die Simulation werden die Diskrete-Elemente-Methode (Abbildung 3) gekoppelt mit der Numerischen Strömungsmechanik (DEM-CFD) verwendet.
- Deformations- und Bruchverhalten von Partikeln und Agglomeraten
Für die Modellierung der Deformations- und Bruchprozesse von Partikeln und Agglomeraten sind Kenntnisse über das Deformations- (Formänderung) und das Bruchverhalten (Rissauslösungsstellen, Rissverlauf, Größe der Bruchstücke) notwendig. Diese wichtigen Daten dienen auch zur Validierung der DEM-Bruchmodelle und können mit in-situ-Druck- und Zugexperimenten von Partikeln und Agglomeraten im Computertomografen geworden werden.