Untersuchung zur tiefenabhängigen Bestimmung der Porosität von Kohlenstofffaserverbundwerkstoffen (CFK) mit Ultraschall

Die Masterarbeit mit dem Thema: "Untersuchung zur tiefenabhängigen Bestimmung der Porosität von Kohlenstofffaserverbundwerkstoffen (CFK) mit Ultraschall" wird von Anna Schwabe, Masterandin des Studienganges Werkstofftechnik, verfasst. Die Arbeit wird in Kooperation mit dem Fraunhofer IZFP und der Universität des Saarlandes in Saarbrücken festgehalten. Das Ziel der Masterarbeit ist es auftretende Porosität in Kohlenstofffaserverbundwerkstoffen näher zu charakterisieren. Als Forschungsmethode wird die Ultraschallmesstechnik, speziell Tauchtechnik, verwendet. Das Ultraschallverfahren besitzt den Vorteil, dass größere Bauteile während der Produktion zerstörungsfrei untersucht werden können. Das besondere dieser Arbeit ist, dass die Proben mit einer Frequenz von 25 MHz untersucht werden. Normalerweise beträgt die Frequenz, mit der Faserverbundwerkstoffe analysiert werden, etwa 5 MHz. Durch die erhöhte Frequenz sollen mehr Informationen aus der Tiefe der Probe gewonnen werden. Dabei werden in unterschiedlichen Fokustiefen Ultraschallaufnahmen gemacht. Die Analyse erfolgt anhand der aufgenommenen C- und B-Bilder, Spektralanalysen, die Aufschluss über das Frequenzspektrum geben und zweidimensionalen Spektralanalysen, die wiederum Aufschluss über die Faserorientierung geben. Die Ergebnisse zeigen, dass mit erhöhter Porosität die einzelnen Lagen der Faserverbundwerkstoffe im B-Bild nicht mehr kontinuierlich sichtbar sind, sondern zerklüftet erscheinen. Zudem ist mit erhöhter Porosität keine Periodizität mehr in der Spektralanalyse vorhanden. Die maximale Frequenz liegt in Größenordnung der Resonanzfrequenz der einzelnen Lagen und verschiebt sich mit weiterer Fokussierung zu höheren Frequenzen. Ferner kann festgestellt werden, dass mit zunehmender Porosität auch die Vorzugsrichtung in den einzelnen Lagen nicht mehr zu erkennbar ist. Dies ist auf Streuung und Interferenz durch die Poren zurückzuführen.