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Dr. Frank Bergner
Head Materials Characterization
f.bergnerAthzdr.de
Phone: +49 351 260 - 3186
Fax: 13186, 2205

Materialcharakterisierung


In Werkstoffen unter Bestrahlung laufen auf der nm-Skala Umlagerungen von Fremdatomen und Punktdefekten ab. Trotz signifikanter Änderungen der mechanischen Eigenschaften können diese Umordnungen nicht in hochauflösenden Rasterelektronenmikroskopen sichtbar gemacht werden. Innovative Kombinationen von Untersuchungsmethoden mit hoher Empfindlichkeit auf der nm-Skala sind hierfür maßgeblich.

Der Einbau einer hohen Konzentration von nm-skaligen Defektsenken eröffnet neue Wege für die Entwicklung von bestrahlungsresistenten Materialien. Nanostrukturierte oxiddispersionsverfestigter Stähle und Hochentropielegierungen sind vielversprechende Kandidaten. Die Gruppe beteiligt sich an entsprechenden Initiativen. Ionenbestrahlung wird eingesetzt, um die erwartete verbesserte Bestrahlungsresistenz nachzuweisen (oder im Einzelfall zu widerlegen).


Experimentelle Methoden

Kleinwinkelstreuung TEM micrograph of an ODS-Fe9%Cr sample AFM-Aufnahme des Eindrucks einer Berkovich Spitze in Stahl

Neutronenkleinwinkelstreuung (SANS)

Nanodisperse chemische, strukturelle oder magnetische Inhomogenitäten streuen Neutronen im Bereich kleiner Winkel. Aus dem Verlauf der Streuintensität über dem Winkel können Informationen über Art, Größe, Anzahl und Zusammensetzung der Inhomogenitäten gewonnen werden. SANS-Experimente werden am Helmholtz-Zentrum Berlin, an der Forschungs-Neutronenquelle FRM II in München, am Institut Laue-Langevin in Grenoble, am Laboratoire Léon Brillouin in Saclay und am KFKI Budapest durchgeführt.

Transmissionselektronenmikroskopie (TEM)

TEM ermöglicht die direkte Abbildung von Strahlendefekten mit nm-Auflösung. Typische Vertreter sind Versetzungsringe,  die im Beugungskontrast unter Einbeziehung mehrerer Beugungsvektoren nachgewiesen werden. Untersuchungen des gleichen bestrahlten Materials mit SANS und TEM zeigen, dass die zugänglichen Informationen in hohem Maße komplementär sind.

Positronenannihilationsspektroskopie (PAS)

Mit Hilfe von Positronen als selbstsuchende, defektselektive Sonde können spezielle Defekte, wie zum Beispiel Einzelleerstellen, Leerstellenagglomerate und Versetzungen mit hoher Empfindlichkeit nachgewiesen werden. Die Durchführung von PAS-Experimenten erfolgt in Kooperation am Institut für Strahlenphysik.

Registrierende Nanohärte

Während Neutronen tief in den Werkstoff eindringen und das gesamte Volumen schädigen, bleiben Ionen in einer µm-tiefen Oberflächenschicht stecken. Für ionenbestrahlte Werkstoffe bieten sich neben TEM speziell die tiefenaufgelöste PAS und die registrierende Nanohärte an. Die Nanohärte stellt ein Verbindungsglied zwischen den bestrahlungsinduzierten Nanodefekten und den mechanischen Eigenschaften dar.


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