Laser und Schockwellen: Wie im Sci-Fi-Film!

Wieder werden Eindrücke gemacht: Diesmal übernimmt Tobias Czotscher den Job. Nachdem Heike Sonnenberg im vergangenen Beitrag im Rahmen der Nanoindentation kleine Kerben auf der Oberfläche unserer Proben hinterlassen hatte, wird Tobias einen Laser zur Hilfe nehmen. Eine nicht unerhebliche Rolle spielen dabei kleine Keramikkugeln.

Die Laserhärteprüfung steht an.
Die Laserhärteprüfung steht an.

Die Laserinduzierte Schockwellen-Eindringhärteprüfung (kurz LiSE), die Tobias aus dem Teilprojekt D02 betreut, lässt, wie die Nanoindentation, u. a. auf die Härte eines Materials schließen. Zusätzlich sollen in diesem Verfahren – dem letzten vor der Archivierung – Informationen über das E-Modul (E = Elastizität), das Verfestigungsverhalten und die Zugfestigkeit gewonnen werden. An der Methodik, um die Messung der entsprechenden Deskriptoren zu ermöglichen, wird derzeit noch geforscht.

Wir schauen uns den Prozess mal genauer an. Tim, das ist Tobias‘ studentische Hilfskraft, öffnet einen großen Kasten, der etwas an den aus Ilyas Labor erinnert. Darin befinden sich zwei Aufbauten, eine, die manuell eingestellt wird, eine andere, die über den Computer bedient werden kann. Das manuelle Modell, das die Wissenschaftler in diesem Fall benutzen, besteht aus einem Achssystem und einer Fokussierspiegeleinheit, über die ein kleiner roter Punkt, der Pilotlaser, auf die Oberfläche projiziert wird. Dieser beleuchtet eben die Stelle, die vom eigentlichen Laser getroffen werden soll.

Der Laser bestrahlt die Keramikkugel, darunter die grüne Probeneinheit.
Der Pilotlaser bestrahlt die Keramikkugel, darunter die grüne Probeneinheit.

Bei der Laserhärteprüfung kommt eine kleine Keramikkugel ins Spiel, die letztlich den Eindruck erzeugt. Dafür werden wir zunächst unterhalb der Halterung platziert, die in der Mitte ein großes, rechteckiges Loch hat. An dieser Stelle ist ein weiteres, rundes Metallstück (Positioniereinheit) angebracht, das eine Bohrung hat, in die die Keramikkugel gesetzt wird. Die Keramikkugel muss sich dann direkt über mir befinden: Die Einheit wird so verschoben, dass sich mein Mittelpunkt und der der Keramikkugel entsprechen.

Tobias platziert die Mikroprobe.
Tobias platziert die Mikroprobe, der Gehörschutz ist schon um den Hals gelegt.

Tim schließt den Kasten und stellt mit einem kleinen Gerät per Knopfdruck die Energie der Laserstrahlung ein und macht noch weitere Angaben. Die Wissenschaftler setzen sich Gehörschutz auf. Nicht ohne Grund, denn jetzt wird es richtig laut.

In rasend schneller Abfolge wirkt die Laserstrahlung auf die kleine Keramikkugel ein. Schockwellen entstehen und drücken die Keramikkugel gegen mich – und das bekomme ich zu spüren! Ähnlich wie im vorausgegangenen Verfahren wird auf diese Weise meine Oberfläche eingedrückt. Die Wissenschaftler im Labor bekommen das als wiederholte grelle Lichtstrahlen zu sehen.

Momentaufnahme des Prozesses, sichtbar ist das Plasma, welches neben der Schockwelle entsteht.
Momentaufnahme des Prozesses, sichtbar ist das Plasma, welches neben der Schockwelle entsteht.

Noch vor der Schockwelle entsteht ein Plasma, das gar mit dem menschlichen Auge sichtbar sei, sagen die Forscher. Wie spannend!

Darstellung des Verfahrens.
Darstellung des Verfahrens.

Nachdem auch alle weiteren Mikroproben indentiert wurden, geht es in den nächsten Raum. Tobias setzt sich an einen Rechner und uns unter ein Mikroskop. Die Eindrücke will er sich jetzt genauer anschauen.

Anhand der Tiefe und Durchmessers des Eindrucks kann der Forscher sich ein genaueres Bild der Härte des Materials, aus dem wir bestehen, machen. Auch die sogenannten Pile-Ups, die sich seitlich der Eindrücke bilden, können auf bestimmte Werkstoffeigenschaften hindeuten.

Eindruck und Pile-Ups.
Eindruck und Pile-Ups.

Etwas verbeult sind wir nun fast am Ende unserer Reise angekommen. Wir werden nicht weiter auf Deskriptoren untersucht – im letzten Schritt werden die Ergebnisse der Experimente zusammengetragen und archiviert. Und das abermals im Z02.

 

Bildquellen

  • Die Laserhärteprüfung steht an.: SFB 1232
  • Der Laser trifft auf die Keramikkugel, darunter die grüne Probeneinheit.: SFB 1232
  • Tobias platziert die Mikroprobe.: SFB 1232
  • Momentaufnahme einer Bestrahlung.: SFB 1232
  • Darstellung des Verfahrens.: Tobias Czotscher
  • Tobias analysiert mit Mikroskop…: SFB 1232
  • … und Rechner.: SFB 1232
  • Eindruck und Pile-Ups: Tobias Czotscher

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