Une équipe HZB a développé une ingénieuse table rotative de précision sur la ligne de lumière EDDI de BESSY II et l'a associée à une optique particulièrement rapide. Cela leur a permis de documenter la formation de pores dans les grains de métal lors des processus de moussage à 25 images tomographiques par seconde, un record mondial.

La qualité des matériaux dépend souvent du processus de fabrication. En fonderie et soudure, par exemple, la vitesse à laquelle les masses fondues se solidifient et la microstructure résultante de l'alliage sont importantes. Avec des mousses métalliques, cela dépend également de la manière exacte dont se déroule le processus de moussage. Pour comprendre pleinement ces processus, il faut une capacité de détection rapide. Les images tomographiques 3D les plus rapides à ce jour ont été obtenues à la source de rayons X BESSY II exploitée par le Helmholtz-Zentrum Berlin.

Le Dr Francisco Garcia-Moreno et son équipe ont conçu un plateau tournant à rotation ultra-stable autour de son axe à vitesse constante. La haute précision est vitale, car tout basculement autour de l'axe de rotation ou même des écarts minimes de la vitesse de rotation empêcheraient le calcul fiable de la tomographie 3D. Alors que les solutions disponibles dans le commerce coûtant plusieurs centaines de milliers d'euros permettent jusqu'à 20 images tomographiques par seconde, les physiciens berlinois ont pu développer une solution nettement moins chère et encore plus rapide.

"Mes deux doctorants de la Technische Universität Berlin ont eux-mêmes produit les porte-échantillons sur le tour, " dit Garcia-Moreno, qui aime trouver des solutions à des problèmes techniques délicats et possède lui-même beaucoup de savoir-faire. Des composants supplémentaires ont été produits dans l'atelier HZB. En outre, Garcia-Moreno et sa collègue le Dr Catalina Jimenez avaient déjà développé des optiques spécialisées pour la caméra CMOS rapide au cours des étapes préliminaires de ce travail, ce qui permet une diffraction simultanée. Cela permet d'enregistrer environ 2000 projections par seconde, à partir de laquelle un total de 25 images tomographiques tridimensionnelles peuvent être créées.

Comme premier exemple, l'équipe a étudié des granules d'alliages d'aluminium qui deviennent une mousse métallique lorsqu'ils sont chauffés. Pour faire ça, ils ont monté une puissante lampe infrarouge au-dessus des granulés métalliques pour chauffer l'échantillon à environ 650 degrés Celsius. Une image tomographique 3-D complète avec une résolution spatiale de 2,5 micromètres (taille de pixel) a été générée toutes les 40 millisecondes. Les près de 400 images tomographiques 3D permettent désormais analyse résolue dans le temps du processus tel qu'il s'est produit.

« Nous voulions mieux comprendre comment les pores se forment dans les grains - s'ils atteignent également les surfaces des granulés et dans quelle mesure ce processus varie dans les différents granulés, " explique Garcia-Moreno. C'est une question d'importance pratique qui intéresse également l'industrie. En effet, les granulés de composés métalliques pourraient mieux remplir des formes compliquées en moussant que les mousses fabriquées à partir d'un bloc de métal. Cependant, la pièce moulée ne pourra résister aux contraintes que si les grains se lient également étroitement les uns aux autres lors du moussage. Avec la tomographie 3D ultra-rapide développée à BESSY II, cela peut maintenant être observé très précisément, tout comme une multitude d'autres processus dynamiques.

La ligne EDDI devant être démontée pour le passage de BESSY II à BESSY-VSR, Garcia-Moreno a contacté d'autres sources de rayons X et prévoit d'établir cette méthode à ces endroits.