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Physikalische Werkstoffdiagnostik

Die Schwerpunkte der Physikalischen Werkstoffdiagnostik an der Ernst-Abbe-Hochschule Jena liegen auf den drei Gebieten der Röntgendiffraktometrie (XRD), der Elektronenmikroskopie und der Messung der physikalischen Eigenschaften von Funktionswerkstoffen (z.B. elektrische Leitfähigkeit, Temperaturleitfähigkeit, Seebeck-Koeffizient). Der Forschungsbereich Physikalische Werkstoffdiagnostik leistet damit einen nicht unerheblichen Beitrag zur Bestimmung von Struktur-/Eigenschaftsbeziehungen, deren Verständnis bei der Entwicklung neuer, smarter Materialien von grundlegender Bedeutung ist. Die bei uns hauptsächlich untersuchten Materialien sind Funktionskeramiken, Metalle und Metalllegierungen sowie in geringerem Umfang Kunststoffe und Gläser.

Röntgendiffraktometrie

Die Röntgenbeugung wird überwiegend für qualitative und quantitative Phasenbestimmungen nebst der Bestimmung von amorphen Anteilen an zumeist keramischen Proben (Pulver und Bulkmaterial) genutzt. Durch Verfeinerung der Gitterkonstanten kann die Realstruktur dieser keramischen Werkstoffe genauer charakterisiert werden. Von besonderem Interesse ist zudem die Makrotexturbestimmung mittels Polfigurmessungen wie auch die Bestimmung von Eigenspannungen im Bulkmaterial.

Bei dünnen Schichten erfolgen Phasenanalysen durch Messungen im streifenden Einfall, sowie Schichtdickenund Rauheitsbestimmmungen mittels Reflektivitätsmessungen.

In-situ-Hochtemperatur-XRD-Messungen lassen sich unter verschiedenen Gasatmosphären (Stickstoff, Sauerstoff, Vakuum) mit direkter bzw. indirekter Heizung durchführen. Ebenfalls möglich ist die Untersuchung von Phasenübergängen unter dem Einfluss von elektrischen Feldern.

Rasterelektronenmikroskopie

Typische Anwendungen in der Rasterelektronenmikroskopie sind hochauflösende Darstellungen von Probenoberflächen bis in den Nanometerbereich unter Nutzung unterschiedlicher Detektoren. Darüber hinaus befassen sich einige speziellere Fragestellungen mit der Untersuchung der Mikrotextur, der Korngrenzen sowie Strukturdefekten mittels EBSD (Electron Backscatter Diffraction) bzw. ECC (Electron Channeling Contrast).

An Abbildungs- und Analysetechniken stehen zur Verfügung:

  • Sekundär-, Rückstreu- und Scanning-Transmission Elektronenmikroskopiebilder
  • Elementanalytik (EDX)
  • Lokale Kristallorientierung und Textur (EBSD)

Ausstattung

Geräte Röntgenbeugung (XRD):

D8 Discover und D8 Advance der Fa. Bruker AXS mit

  • Multiprobenwechsler, x-y-z-Tisch
  • Cu- und Co-Stehanoden
  • Göbelspiegel, Polycap
  • 0D-, 1D-, 2D-Detektoren
  • Hochtemperaturkammer MRI
  • Laser-Video System zur Probenjustierung

Geräte Elektronenmikroskopie (REM):

  • Ultra 55 (Feldemitter) und EVO Ma10 der Fa. Zeiss
  • VP Modus bis 150 Pa für REM-Abbildungen an empfindlichen nichtleitenden Proben
  • Sekundärelektronendetektoren: SE (Everhart-Thornley), Inlense
  • Rückstreuelektronendetektoren: ASB, ESB
  • Scanning Transmission Elektron Detektor: STEM
  • EDX Detektor der Firma Bruker mit Multipunkt-, Linescan, Mappingfunktion, Partikelanalyse
  • EBSD Detektor der Firma Bruker

Geräte zur Messung physikalischer Werkstoffeigenschaften von Raumtemperatur bis 1200°C und unter verschiedenen Atmosphären:

  • Linseis LSR-3 für Seebeck-Koeffizient und elektrischen Widerstand
  • Linseis LFA 1000 Laserflash für thermische Diffusivität (Temperaturleitfähigkeit)
  • Linseis STA PT1600 TG-DSC mit auf cp spezialisierten Messkopf

Geräte Probenpräparation:

  • Grob- und Präzisionssäge, Heiß- Kalt- und Vakuumeinbettung, manuelle und halbautomatische Schleif- und Poliermaschinen, Vibrationspolitur
  • Beschichtung (mit Schichtdickenmessung) von Proben mit Metallen und Metalllegierungen (Cr, Au, Au/Pd, Pt oder C)