Mit 208 dreidimensionalen Tomographien pro Sekunde gelang es Forschern an einer Synchrotron Lichtquelle, die dynamischen Prozesse beim Aufschäumen von flüssigem Aluminium zu dokumentieren.
Messtisch, der höchst präzise mehrere hundert Male pro Sekunde um seine Achse rotiert.
HZB
Im Prinzip lassen sich aus allen Metallen nach zahlreichen Verfahren Schäume herstellen. Sie können geschlossen oder offenporig sein; sogar die Dicke der Zellwände ist einstellbar, berichten die Springer-Autoren Wolfgang Weißbach, Michael Dahms und Christoph Jaroschek in "Werkstoffe und ihre Anwendungen" auf Seite 416. Wegen ihrer besonderen Eigenschaften – sie sind leicht und weisen eine hohe relative Steifigkeit auf – sind Metallschäume in zahlreichen Anwendungen gefragt, etwa als Kernmaterial in Sandwichstrukturen oder für Schaumformteile, die sich in Gussformen produzieren lassen.
Allerdings besteht weiterhin großer Forschungsbedarf, um ein besseres Verständnis des Schäumprozesses von Metallen zu erlangen. John Banhart vom Institut für Werkstoffwissenschaften und -technologien der TU Berlin zählt offene Fragen auf, die mit schnellen Änderungen in metallischen Systemen zusammenhängen, wie etwa Blasennukleation und -wachsum, Gasdiffusion und Schaumalterung oder die Bildung von Dendriten, intermetalischen Phasen und Poren in Gusslegierungen bei der Abkühlung. Banhart nutzt für seine Forschung ein neues bildgebendes Verfahren, und zwar die Tomoskopie. Hierbei handelt es sich um eine zeitaufgelöste Computer-Tomographie (CT).
"Bei jeder Tomoskopiemessung werden riesige Datenmengen erzeugt, die laufend mit einer sehr hohen Datenrate von acht Gigabyte pro Sekunde gespeichert werden müssen. Nur dadurch lassen sich die extrem schnellen Vorgänge im Material über längere Zeiträume beobachten", erläutert Christian Schlepütz vom Paul Scherrer Institut (PSI), dem größten Forschungsinstitut für Natur- und Ingenieurwissenschaften in der Schweiz. Für die Untersuchung unterschiedlichster Materialien steht Forschern dort die Synchrotron Lichtquelle Schweiz (SLS) zur Verfügung.
Mit einem am Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie (HZB) entwickelten Rotationstisch hat jetzt ein internationales Forscherteam unter Mitwirkung von Banhart und Schlepütz an der SLS einen neuen Tomoskopie-Rekord erreicht: Mit 208 dreidimensionalen Röntgenaufnahmen (Tomographien) pro Sekunde konnten sie die dynamischen Prozesse beim Aufschäumen von flüssigem Aluminium dokumentieren. Im Fachjournal Nature Communications stellen sie ihre Methode vor, bei der ein Messtisch extrem präzise mehrere hundert Male pro Sekunde um seine Achse rotiert. Die Computertomoskopie, so die Forscher, könnte auch interessante Einblicke in viele weitere Prozesse ermöglichen: zum Beispiel ließe sich damit untersuchen, wie sich Materialien beim Laserschweißen verändern oder was passiert, wenn sich Batterien etwa durch Kurzschluss überhitzen (thermal runaway).
Für die neue bildgebende Methode einer zeitaufgelösten Tomographie mit Akquisitionsraten über 25 pro Sekunde wird der Begriff Tomoskopie verwendet.
HZB