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Weltgrößte Datenbank für Materialien und Werkstoffen entsteht
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Detaillierte Anleitungen für so genannte Präparation von Werkstoffen kostenlos finden
Archiv | 24.07.2010 | Materialien müssen heute vielfältige Anforderungen erfüllen: Keramiken sollen hitzebeständig sein oder Kunststoffe den Strom leiten. In den Laboren werden dafür neue Werkstoffe entwickelt, deren Qualität die Hersteller überwachen müssen. Dies stellt ihre Prüflabore vor große Herausforderungen, da man die Materialproben vor der Analyse erst aufwändig behandeln muss. Detaillierte Anleitungen für diese so genannte Präparation von Werkstoffen kann man jetzt in der weltweit größten Datenbank „Petzidat“ finden, die Firmen kostenlos nutzen und ergänzen können. Sie wurde von Materialforschern um Professor Frank Mücklich an Saar-Uni und dem Steinbeis-Zentrum für Werkstofftechnik (MECS) entwickelt.
„Materialforscher können heute in das Innere von Werkstoffen
blicken und die Eigenschaften eines Materials genau analysieren“, sagt
Frank Mücklich. Sie interessierten sich dabei sowohl für die chemische
Zusammensetzung des Werkstoffes als auch für seine innere Struktur.
Diese wird in ihrer oft komplexen Geometrie nicht nur in winzigen
Mikro- und Nanodimensionen, sondern bis zum einzelnen Atom hin
untersucht. „Bevor jedoch diese innere Struktur eines Werkstoffes im
Mikroskop sichtbar gemacht werden kann, müssen die Proben absolut
störungsfrei präpariert werden“, erläutert der Materialforscher.
Zuerst wird dafür eine kleine Probe des Werkstücks sorgsam
herausgetrennt. Diese wird mit Diamantpartikeln in präzise abgestufter
Größe von wenigen tausendstel Millimetern geschliffen und poliert.
„Diese Materialoberfläche ist im Mikroskop zunächst oft ziemlich
kontrastlos. Im zweiten Schritt muss daher die innere Struktur sichtbar
gemacht werden, damit man im Licht-, Elektronen- oder auch
Rastersondenmikroskop die zum Teil komplexen geometrischen Anordnungen
erkennen kann“, sagt Mücklich. Dafür werden die Materialien mit
unterschiedlichen Zutaten wie etwa Schwefelsäure oder Kupfersulfat
behandelt. Die Dosierung dieser Zutaten wird in einer genauen Anleitung,
der so genannten Rezeptur, erfasst.
Die vielfältigen Rezepturen für das Präparieren von Werkstoffen hängen
von verschiedenen Faktoren wie der chemischen Zusammensetzung des
Werkstoffes und seiner Behandlung ab. Die Forscher mussten daher
gemeinsam mit den Anwendern erst einmal Kriterien festlegen, um die
Rezepturen sinnvoll in einer Datenbank zusammenzufassen. „In der Praxis
findet man selten eine genau passende Rezeptur, sondern muss nach
ähnlichen Mustern suchen, die dann zu der Struktur des Werkstoffes
passen“, sagt Frank Mücklich. Sein Team holte sich dafür Unterstützung
von den Saarbrücker Informatikforschern um Professor Gerhard Weikum, die
auf die komplexe Suche in Datenbanken spezialisiert sind. Sie
gewichteten die Rezepturen nach den werkstoffwissenschaftlichen
Anforderungen und ihren chemischen Strukturen. Bereits im Jahr 1994
wurde von Günter Petzow, damals Direktor am Stuttgarter
Max-Planck-Institut für Materialforschung, eine umfangreiche Sammlung
solcher Rezepturen zusammengetragen und im so genannten „Ätzbuch“
dokumentiert, das inzwischen in 14 Sprachen übersetzt zum weltweiten
Standardwerk geworden ist. Diese Dokumentation bildet die Basis für die
neue Präparationsdatenbank Petzidat, die von renommierten
Geräteherstellern unterstützt wird.
Wie sich aus diesem Grundlagenwerk eine Datenbank entwickelt hat, fasst
Frank Mücklich in einem Bild zusammen: „Der Baum der Werkstoffvielfalt
wächst ständig weiter. Es entstehen immer neue Äste und Zweige, an denen
diese Rezepturen quasi die Blätter darstellen – allerdings sind alle
unterschiedlich, zum Teil aber verwandt. Im ursprünglichen Ätzbuch war
dies – um im Bild zu bleiben – noch ein kleiner Baum, dem manche große
Äste komplett fehlten“, erklärt der Professor. Dazu zählen
Halbleitermaterialien für moderne Photovoltaik-Anwendungen ebenso wie
zum Beispiel supraleitende Keramiken. Darüber hinaus schlummern in den
Materialographie-Laboren etwa der Automobil- und Elektroindustrie ein
riesiger Erfahrungsschatz, der oft nur intern bekannt ist und lediglich
in einer Firma angewendet wird.
„Dadurch geht Wissen auch schnell wieder verloren, wenn Mitarbeiter in
den Ruhestand gehen oder den Arbeitsplatz wechseln“, bedauert der
Materialforscher. Dies sei auch eine Gefahr für den Wirtschaftsstandort
Deutschland, da gerade hierzulande die Metallographen fachlich sehr gut
ausgebildet seien. „Der Ausbau einer gemeinsamen Wissensbasis sollte
daher allen Anwendern ein Anliegen sein. Wir bieten die Datenbank dafür
kostenlos an und geben Interessierten die Möglichkeit, eigene Rezepturen
einzubringen“, sagt Professor Mücklich. In einem Forum könne man
außerdem alle Probenpräparationen miteinander diskutieren und gemeinsame
Regeln erörtern, inwieweit die Erfinder neuer Präparationsverfahren
offen gelegt werden sollen.
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