Die Röntgendiffraktometrie (XRD) ist ein bewährtes, zerstörungsfreies Verfahren zur Bestimmung der Eigenspannung in polykristallinen Materialien.
Die beispielsweise durch Wärmebehandlung oder mechanische Bearbeitung hervorgerufenen Spannungen können sich im Laufe der Materiallebensdauer anhäufen und zu einem unerwarteten Ausfall eines technischen Bauteils in einer mechanischen Konstruktion führen.
Eine Kontrolle der Eigenspannung ist daher entscheidend, um die Sicherheit und Haltbarkeit von Materialien zu verbessern.
Stress berechnen
Die Eigenspannung führt zu kleinen Veränderungen im Kristallgitterabstand eines Materials, die mithilfe der Röntgendiffraktometrie mit sehr hoher Empfindlichkeit bestimmt werden können.
In der Praxis wird die Position eines geeigneten Beugungsreflexes an einer bestimmten Stelle unter verschiedenen Ausrichtungen der Probe in Bezug auf den einfallenden Röntgenstrahl gemessen. Im Anschluss können die Gitterabstände in verschiedenen Richtungen sowie die zugehörige elastische Dehnung ermittelt werden.
Aus den Dehnungsdaten kann dann unter Berücksichtigung der Elastizitätskonstante des Materials die Zug- oder Druckspannung errechnet werden.
Vielseitige Anwendungen für Metalle, Keramik, Dünnschichten und mehr
Die Eigenspannungsanalyse per Röntgendiffraktometrie (XRD) kann bei einer Vielzahl von polykristallinen Materialien wie gehärtetem Stahl, Schweißnähten oder Keramik genutzt werden. Sie wird als Werkzeug zur Qualitätssicherung sowie in der akademischen und industriellen Forschung eingesetzt. Häufig ist keine spezielle Probenvorbereitung erforderlich.
Mit der Röntgendiffraktometrie (XRD) wird die oberflächennahe Eigenspannung – in der Regel in einer Tiefe von wenigen Mikrometern – ermittelt. Folien und Beschichtungen mit einer Dicke von weniger als einem Mikrometer können ebenfalls untersucht werden, wenn eine Geometrie mit streifendem Einfall gewählt wird. Diese Technik ermöglicht auch eine tiefenabhängige Bestimmung.
Es ist auch möglich, den Spannungsverlauf entlang der Oberfläche eines Materials mit Hilfe eines Röntgenstrahls mit sehr kleinem Strahldurchmesser zu ermitteln. Darüber hinaus sind Lösungen zur Messung von großen und schweren Proben, kleinen gekrümmten Proben oder ungleichmäßigen Probenoberflächen vorhanden.
