Experimentalphysik II - Ultraschallmikroskopie und Schallemissionsanalyse
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Ultraschallmikroskopie
Mit Ultraschallmikroskopie lassen sich die elastischen Eigenschaften von Materialien visuell abbilden. Dabei wird ein Ultraschallpuls in die Probe geschickt und das Echo des Signals detektiert. Im Unterschied zu konventionellen Ultraschallverfahren kommen dabei spezielle Transducer mit konfokalen Saphirlinsen zum Einsatz, die eine laterale Auflösung bis zu 5 µm erlauben. Die Eindringtiefe der Ultraschallwelle hängt dabei wesentlich von der verwendeten Transducerfrequenz und vom der Materialbeschaffenheit ab. Typischerweise liegt diese im Bereich zwischen 400 µm und 2000 µm. Durch flächiges Abrastern der Probe lässt sich somit ein 2D-Bild der elastischen Eigenschaften der Probe erzeugen. Zusätzlich kann über die Ankunftszeit des Puls-Echo Signals ein Blick in das Innere der Probe realisiert werden.
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Schallemissionsanalyse
Grundlage für die Schallemissionsanalyse bilden Ultraschallwellen, die als Folge von Mikroverformungen in einem Material freigesetzt werden. Diese Mikroverformungen sind dabei häufig mit einer irreversiblen Veränderung im Material verknüpft (z. B. Risswachstum) und geben frühzeitig Aufschluss über bevorstehendes Materialversagen. Die durch Schallwellen hervorgerufene Oberflächenauslenkung wird über piezoresonante Sensoren in ein Spannungssignal gewandelt und aufgezeichnet. Durch Verwendung von mehreren Sensoren an unterschiedlichen Positionen kann durch die Laufzeitunterschiede der Schallwellen eine Ortung der Mikroverformung vorgenommen werden. Darüber hinaus kann über die Frequenzzusammensetzung und Abstrahlrichtung der einzelnen Wellenformen eine Identifikation des zu Grunde liegenden Schädigungsmechanismus vorgenommen werden. Mit dieser Methode konnten an galvanisch beschichteten Kohlenstofffaserverbundwerkstoffen erfolgreich Delamination und Risswachstum in der Beschichtung getrennt werden und mit anderen Schichtsystemen verglichen werden.
Für weiterführende Fragen steht Markus Sause gerne als Kontaktpersonen zur Verfügung.
