Labor-Röntgenverfahren für die Materialentwicklung und Prozesskontrolle

Hochentwickelte Werkstoffe werden immer häufiger für die Herstellung von Hightech-Produkten eingesetzt. Ein besseres Verständnis der Struktur-Eigenschafts-Beziehungen dieser Werkstoffe ist für ihre Anwendung in vielen Bereichen von entscheidender Bedeutung. Die Materialcharakterisierung liefert die erforderlichen Informationen über die atomare Struktur, die chemische Bindung und die 3D-Mikrostruktur moderner Materialien. In diesem Zusammenhang spielen hochauflösende Röntgentechniken eine wichtige Rolle bei der Entwicklung und Einführung neuer Technologien sowie bei der Integration fortschrittlicher Werkstoffe in Hightech-Produkte, insbesondere bei der Prozesskontrolle und Qualitätsbewertung. Ein einzigartiger Vorteil der Röntgentechniken besteht darin, dass sie – in der Regel integrale – Daten für Bulk-Materialien und dünne Schichten zerstörungsfrei liefern.

Der Kurs vermittelt die erforderlichen Kenntnisse für die Materialcharakterisierung mit Hilfe von Röntgentechniken:

• Grundlagen der Röntgenphysik
• Röntgenbeugung zur Phasen-, Textur- und Spannungsanalyse von Werkstoffen
• Röntgenspektroskopie für die Bestimmung der Materialzusammensetzung und der chemischen Bindung
• Röntgenmikroskopie und Röntgencomputertomographie für die 3D-Morphologie und Mikrostrukturanalyse von Materialien
• - Fortgeschrittene Konzepte zur Datenanalyse einschließlich Algorithmen der Künstlichen Intelligenz. 

Die Möglichkeiten und Grenzen der experimentellen Techniken, einschließlich der räumlichen Auflösung, der Nachweisgrenze und der für die Datenerfassung und -analyse benötigten Zeit („Time-to-Data“) werden für spezifische Anwendungsfälle in der Grundlagenforschung und in der Anwendung diskutiert. Datenerfassung, Datenverarbeitung und Datenanalyse, einschließlich der Anwendung von Algorithmen des maschinellen Lernens, werden demonstriert. Es werden neue Ergebnisse aus der Grundlagenforschung vorgestellt und anwendungsspezifische Lösungen in den Bereichen Metallurgie, erneuerbare Energien, Biomimetik und Mikroelektronik angeboten. In-situ- und operando-Studien von kinetischen Prozessen, z.B. Mikrorissausbreitung und Bruch von Materialien sowie elektrochemische Reaktionen zur Energiespeicherung und -umwandlung, werden demonstriert. 

Das Potenzial von Röntgentechniken für die Materialcharakterisierung sowie für die Generierung von Daten, die die Struktur, Zusammensetzung und chemische Bindung sowie die 3D-Morphologie und Mikrostruktur von Materialien beschreiben, wird von einem erfahrenen Team von Dozenten aus dem akademischen Bereich und der Industrie mit Kenntnissen auf dem Gebiet der Materialwissenschaft, der physikalischen und chemischen Materialanalyse sowie der fortgeschrittenen Datenanalyse erläutert.

Zielgruppe:

Der Kurs richtet sich an Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, Ingenieurinnen, Ingenieure, Technikerinnen und Techniker, die in der Industrie - in der Fertigung, Prozess- und Qualitätskontrolle sowie in der Forschung und Entwicklung - tätig sind, sowie Wissenschaftlerinnen, Wissenschaftler, Ingenieurinnen, Ingenieure, Doktorandinnen und Doktorandenvon Forschungsinstituten und Universitäten, die ihre Kenntnisse in der Materialcharakterisierung, insbesondere unter Verwendung von Röntgentechniken, erweitern möchten, werden von diesem Kurs profitieren.

Das Programm im Überblick:

13.03.2023

• Begrüßung und Einführung: Grundlagen der Röntgenphysik
• Röntgen-Experimente: Labor- und Synchrotronstrahlungsquellen
• Röntgen-Experimente: Optiken und Detektoren

14.03.2023

• Röntgenbeugung: Struktur und Gefüge kristalliner Materialien
• Röntgentomographie: 3D-Morphologie und Gefüge von Materialien
• In-situ- und operando-Röntgenmikroskopie

15.03.2023

• Röntgen-Fluoreszenzspektroskopie: Chemische Zusammensetzung
• Röntgen-Absorptionsspektroskopie: Lokale atomare und elektronische Struktur von Materialien
• Big Data und KI-Algorithmen für die Analyse von Röntgenspektroskopie- Daten
• Zusammenfassung und Schlussworte

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