Laborausstattung im Institut für Materialforschung

Probenvorbereitung und -präparation

Lichtmikroskopische Mikrostrukturelle Analyse

Foto: Jan Walford

Magnetfelder bis 2 Tesla
In-situ Analyse unter Magnetfeld, Temperatur und mechanischer Belastung
Heiz- und Klimakammer bis 600 °C im Hochvakuum
Mechanische Belastung bis 100 MPa bei bis zu 200°C
Kerr-Effekte: polar, longitudinal, transversal
Hochauflösende Kamera- und Polarisationsoptik
Machine-Learning-gestützte Domänenanalyse
Piezo-stabilisierte Probenhalter mit Drift-Korrektur
Das multifunktionale Weitfeld-Kerr-Mikroskop wurde im Rahmen der DFG-Großgeräteinitiative „Neuartige, experimentelle Lichtmikroskopie für die Forschung“ beschafft.

Voll motorisiert
Auf- und Durchlicht
Hell-, Dunkelfeld, DIC, POL
hochauflösende Digitalkamera AxioCam HRc

Voll motorisiert
Auf- und Durchlicht
Hell-, Dunkelfeld, DIC, POL
hochauflösende Digitalkamera
AxioCam HRc

voll motorisiert
Auf- und Durchlicht
Vergrößerung 3,5 - 110x
hochauflösende Digitalkamera Axiocam 512 color

automatisiertes digitales Mikroskop für Routineaufgaben und Fehleranalysen
Vergrößerung 10x bis 1011x bezogen auf 17"-Monitor
Optische Achse auf Schwenkarm mit stufenlos verstellbaren Winkel zwischen -45° und +45°
LED-Koaxial- und Ringbeleuchtung mit Segmentierung

Voll motorisiert
Scanningtisch; 300 x 300 mm Verfahrweg
Probenhöhe bis zu 112 mm (ohne Tisch 254 mm)
Auflicht
Hell-, Dunkelfeld, POL
Vergrößerung 25x bis 2500x
Hochauflösende Digitalkamera AxioCam 506 color

Auflichtmikroskop
Codierte Reflektoreinheit mit Modul Hellfeld, Dunkelfeld und Polarisation
Codierter Objektivrevolver mit Objektiv EC Epiplan5x, 10x, 20x und 50x
Axiocam208 color
manuelle Einzel- und Kachelaufnahme
X/Y Kreuztisch und manuelle Z-Achse
Anwendungssoftware ZEN core 2.5

Stereomikroskop
Zoom-Vergrößerung 0,63 - 5x / Okular 10x
LED-Ring-Beleuchtung
Axiocam208 color
Anwendungssoftware ZEN core 2.5

Elektronenmikroskopie

Foto: Jan Walford

Gemini-2 FE-Technologie
Kombinierter Sekundärelektronen- und -Ionendetektor
ESB-Detektor für Materialkontrast bei Beschleunigungsspannungen <2kV
4-Quadranten Rückstreuelektronendetektor
STEM-Detektor für Transmissionselektronen-Abbildung
Capella Focussed Ion Beam Säule zur Probenbearbeitung im Nanometer-Maßstab (FIB)
UV-Kurzpulslaser zur Grobbearbeitung
Kleindiek Mikromanipulator
ATLAS 3D für hochaufgelöste FIB-Tomographie
EDAX EDX- und 3D-EBSD Analyse
Chemische Analysen
Kirstallografische Analysen (Bestimmung von Art und Orientierung) auch im Volumen (3D)

Gemini FE-Technologie
Sekundärelektronendetektor
4-Quadranten AsB-Rückstreuelekronendetektor
VP-Sekundärelektronendetektor mit der Möglichkeit einfacher CL-Abbildung
Variable-Pressure-System für aufladungsfreie Abbildung nicht leitfähiger Proben
ATLAS-System für großflächige, hochaufgelöste Aufnahmen
EDAX EDX-, EBSD- und WDX-Analyse
Chemische Analysen mittels EDX
Genaue Bestimmung auch leichter Elemente mit WDX
Schnelle EBSD-Kamera mit bis zu 1400 FPS für kristallografische Analysen (Art und Orientierung)
Korrelative Mikroskopie zwischen Licht- und Rasterelektronenmikroskopie

FE-Rasterelektronenmikroskop
Sekundär- und Rückstreuelektronendetektoren
EDAX Analysensystem mit EDX
Haltersysteme für korrelative Mikroskopie

Echtzeit-Hochtemperaturdiffraktometrie

3D-Computertomographie

Pulver- und Sintertechnologie

Herstellung sphärischer Pulver mittels Ultraschallverdüsung z. B. für die additive Fertigung
Induktionsschmelzen bis 1300 °C oder Plasmaschmelzen bis über 3000 °C
Partikelgrößenverteilung abhängig von der Ultraschallfrequenz.
Verfügbare Frequenzen: 20 kHz (Partikelgröße d50 = 70 µm), 40 kHz (Partikelgröße d50 = 50 µm), 60 kHz (Partikelgröße d50 = 35 µm)
Hohe Flexibilität bei Form und Menge des Aufgabematerials. Wenige Gramm bis Kilogramm, Reinelemente, Vorlegierungen, Recyclate.

Vier Mahlstationen
Mahlbechergrößen: 80, 250, 500 ml
Mahlkugel-Durchmesser: 0,5 – 40 mm
Endfeinheit < 1 µm
Drehzahl Hauptscheibe: 50 – 400 u/min
Trocken/nass-Mahlprozess möglich
Mahlung unter Schutzgas möglich
programmierbare Mahl- und Pausenzeiten sowie Mahlzyklen im Reversierbetrieb möglich

Inklusive Entfeuchter B-296 und Inert-Loop B-295
Arbeiten mit organischen Lösungsmitteln möglich
Verdampferleistung: 1,0 l/hr H2O, höher für organische Lösungsmittel
Luftdurchsatz: max. 35 m³/h
Max. Eingangstemperatur: 220 °C
Heizleistung: 2300 W
Regelgenauigkeit: ± 3 °C
Sprühgas Druckluft oder Stickstoff: 200–1000 l/hr, 5–8 bar
Düsendurchmesser: 0,7 mm Standard, 1,4 und 2,0 mm als Zubehör erwerbbar
Düsenkappe: 1,4 mm und 1,5 mm Durchmesser
Mittlere Verweilzeit: 1,0–1,5 s
Möglicher Partikeldurchmesser-Bereich: 1–25 μm
Schnittstelle RS-232 zur Ausgabe aller Parameter

Probennutzraum 5L (Æ 190 x H 300 mm^2)
Temperaturen bis 2000°C möglich, 2 getrennte Heizer (je 30 kW)
Temperaturregelung mittels WRe-TC oder Quotienten-Pyrometer
Deckelkühlung zur Gradienteneinstellung/gerichteten Erstarrung von MMC-Bauteilen
hydraulisches Tauchsystem
Vakuum-Behälter, Æ 0,5 x 1 m^2
Vakuum ca. 5x10^-4 bar/100 bar Argon
Arbeitsdruck 1 bis +100 bar

Ofenraumabmessungen:
180 x 210 x 140 mm³
Tmax: 1050°C
Besonderheiten: TNV, Schutzgasatmosphäre, Vakuum

Kilns & Furnaces CU4

Ofenraumabmessungen: 200 x 228 x 250 mm³
Tmax: 1300°C

Ofenraumabmessungen: 160 x 300 x 80 mm³
Tmax: 1350°C

Nabertherm N41

Ofenraumabmessungen 350 x 500 x 250 mm³
Tmax: 1150°

Ofenraumabmessungen: 170 x 250 x 90 mm³
Tmax: 1000°C

Gero HT-RH 70-300/16

Hochtemperaturrohrofen
Tmax: 1600°C
Schutzgasatmosphäre

Tribologie

Batterietechnik

Neue Batterieforschungslabore im Forschungsgebäude „Zentrum Technik für Nachhaltigkeit (ZTN)“ der Hochschule Aalen.

Betrieb unter Argonatmosphäre in Unter-/oder Überdruck
Sauerstoff-/Wassergehalt < 1 ppm
Mehrkammergloveboxen für Unterschiedliche Aufgabenstellungen:
Glovebox für die Zellassemblierung (Coin, Swagelok, Pouch, PAT)
Glovebox für pulverbasierte Feststoffbatterien mit angeflanschtem Hochtemperaturofen (Ar-Atmosphäre, Tmax = 1600°C) und H2S-Sensoren für Verarbeitung sulfidischer Materialien
Glovebox für metallographische Präparation unter Inertgasatmosphäre
Glovebox für die mikroskopische Analytik unter Inertgasatmosphäre
Glovebox für die Zellöffnung hochkapazitiver Zellen
weitere Gloveboxen für Inertgasanalytik (RAMAN und LIBS) in Beschaffung

Zweikammerglovebox mit Hochtemperaturofen für die Synthese von Feststoffbatterien.

Diverse Mischer zur Herstellung von Elektrodenpasten (Laborrührer, Planetenzentrifugalmischer)
Rakelbeschichter mit beheizbarer Vakuumplatte zur Elektrodenbeschichtung
Mehrere Laborkalander zur Elektrodenverdichtung (z.T. beheizbar bis 200 °C)
Stanz- und Schneidwerkzeug zum Austanzen von Elektroden
Crimper zur (De-)Assemblierung von Knopfzellen (Format: CR2032)
Vakuumiergerät zur Assemblierung von Pouchzellen

Materialprozesstechnik zur Herstellung von Elektroden.

> 100 unabhängige Prüfkanäle (mit kanalspezifischen Thermoelementen) mit
62 Kanäle: max. 3 A / +/-6 V (CTS Lab, BaSyTec)
40 Kanäle: max. 5 A / 0-6V (CTS Standard, BaSyTec)
6 Kanäle: max. 50 A / 0-4,5 V (XCTS, BaSyTec)
8 Messkanäle für den Anschluss von Kraftmessdosen für chemo-mechanische Zelltests
9 Messkanäle für spezifische elektrochemische Analysen (z.B. EIS, GITT)
5 Kanäle: max. 400 mA / +/- 10V / 10 µHz – 1 MHz (VSP, BioLogic)
3 Kanäle: max. 500 mA / +/- 12V / 10 µHz – 7 MHz (VSP-300, BioLogic)
1 Kanal: max. 100 mA / +/- 21V / 10 µHz – 250 kHz (Vertex.One.EIS, Ivium)
Mehrere Klimakammern zur Temperierung (-10°C < T < 100°C)
Mehrere Sicherheitsklimakammern (Hazad Level 5) ( -40°C < T < 180°C)
Spezifische Testzellen und Verspannrahmen zur variablen Überlagerung mechanischer und elektrochemischer Lasten

CTS Sicherheitsklima-Kammer zur Testung hochkapazitiver Zellen (Foto: Jan Walford).

Diverse Kugelmühlen zum Mischen, Mahlen und Homogenisieren der Pulver
Kaltisostatische und uniaxiale Pressen, spezifische Testzellen zur Kompaktierung und Druckverspannung
Hochtemperaturofen kombiniert mit Glovebox (Ar-Atmosphäre, Tmax = 1600°C) zur Synthese und Sinterung luftsensitiver Materialien wie z.B. sulfidischer Festelektrolyte
Mehrere Öfen zur Wärmebehandlung (Tmax = 1300°C, z.T. unter Schutzgas)

Materialprozesstechnik zur Herstellung von Feststoffbatterien.

Lichtmikroskopische Analysen integriert in Glovebox (Stereomikroskop, inverses Auflichtmikroskop; bis 1000x Vergrößerung, entsprechend einem 100x Objektiv)
Sputteranlage (Au, Au/Pd, C) intergriert in Glovebox
Transfer-Module für Probentransfer zu (i) Rasterelektronenmikroskop mit FIB-Einheit, EDX/WDX und EBSD XRD sowie (ii) XRD inkl. Klimakammer mit Heizfunktion bis 1050°C und operando-Messzelle
Konfokales Raman-Mikroskop und Laserinduziertes Plasmaspektroskop (LIBS) in Beschaffung

Analytik-Glovebox mit Lichtmikroskop zur Inertgasanalytik (Foto: Jan Walford).

Magnetometrie

QD-PPMS-9 multifunktionales Magnetometer
Messungen im Temperaturbereich 1.9 K bis 1000 K und Feldbereich -9 T .... 9 T
Messungen der vollen Hysteresekurve, Kinkpointmessungen, Reversibilitätsmessungen, Relaxationsmessungen Ermittlung der magnetischen Kenngrößen µ0HC, JR, (BH)max DC/AC-Messungen
Torque-Funktion
Mikroskop-Funktion: AFM/MFM (Rasterkraft-/Magnetkraft-Einheit) zur Sichtbarmachung der Streufelder von Domänenstrukturen, SHP (Scanning- Hall-Probe-Einheit) zur quantitativen Ermittlung lokaler Streufelder, jeweils als Funtkion von Feld und Temperatur
Max. Wärmekompensation 1000 W

Rechnergesteuerter Permagraphc C-300
Messungen im Temperaturbereich RT bis 200°C
Messungen der Hysteresekurve im 2. Quadranten bis - 2 Tesla
Ermittlung der magnetischen Kenngrößen µ0HC, JR, (BH)max
FeCo-Polschuhe
Magnetometrie: Länge/Breite min 0.5 cm x 0.5 cm, max. 2 cm x 1.5 cm, Höhe > 1 mm

Impulsmagnetisierer
Magnetisierspule 52.0 mm (Durchlass) x 60 mm (aktive Länge)
Magnetisieren mit aperiodisch gedämpfter Entladung
Variabler Feldpuls bis maximal 7.2 Tesla zum vollständigen Aufsättigen der Magnete

Momentspule Typ MS 150 zur Messung des magnetischen Moments und Dipolmoments von Dauermagneten
Freier Durchlass 140 mm
Abmaße für 1% Genauigkeit: max. Magnethöhe 50 mm, max. Durchmesser 70 mm

Bestimmung weichmagnetischer Kenngrößen im AC und DC nach IEC 60404-ff, Wiederholgenauigkeit 0,1%
Wechselfeldmessungen zwischen 1 Hz und 100 kHz
Sinus, freie Kurvenformen, Bias Messungen, Neukurve
Probengeometrien: Epsteinstreifen, Tafel- und Ringproben
Maximalstrom 40 A, Maximalspannung 100 V
Messungen unter Temperatur möglich (< 300°C)

20 Hz bis 20 MHz
16047E Testhalterung für Bauteile mit axialen Anschlüssen
Messparameter: |Z|, |Y|, θ, R, X, G, B, L, C, D, Q, Z (komplex)
Basisgenauigkeit der Impedanzmessung: ± 0,08 %
Anzahl der Messpunkte: 2 bis 1.601
Messungen unter Bias

Weichmagnet-Messger_te_KeysightE4990A-Impedanz-Analysator

3D-Messung von Magnetfeldern von Hartmagneten
Messbereich: 1,5 T
Messgenauigkeit des Magnetfelds: 0,1%
Messung in 4 Achsen möglich (X, Y, Z und Rotation)
Auflösung: 2 µm (X, Y, Z), 0,02° (Rotation)
Messvolumen: 135 x 135 x 135 mm

Prozesstechnik additive Fertigung

Leichtbau/Verbindungstechnik