Besuch der Technischen Hochschule Deggendorf
Nach der Ankunft an der Technischen Hochschule Deggendorf wird das Seminar zuerst von Herr Geigenfeind und von Laboringenieur Herr Plechaty begrüßt. Es folgen allgemeine Informationen zur Technischen Hochschule Deggendorf insbesondere zu den Fächern Physik und Kunststoffanalytik, da diese das Spezialgebiet von Herrn Geigenfeind darstellen. Dann geht er verstärkt auf die Fakultät Maschinenbau an der Technischen Hochschule Deggendorf ein. Die heutige Fakultät Maschinenbau ist mit früher nicht zu vergleichen. Heute ist der Umgang mit speziellen Simulatoren beziehungsweise Computerprogrammen für den Maschinenbau ein fester Bestandteil. Zudem gibt Herr Geigenfeind den Schülerinnen und Schülern noch etliche Hinweise für ein eventuell bevorstehendes Studium. So sollte man sich zuerst auf ein allgemeines Bachelorstudium konzentrieren und erst danach einen Schwerpunkt im Masterstudium setzen. Das bringt Vorteile für das Berufsleben in der Industrie mit sich, weil man seinen Schwerpunkt dann nach der Notwendigkeit in der aktuellen wirtschaftlichen Lage auswählen kann. Anschließend wird das Seminar in zwei Gruppen eingeteilt, um mit dem Hauptteil des Programmes beginnen zu können.
Zu Anfang stellt Herr Plechaty einige Geräte und deren Verwendung im Mikroskopielabor den Schülerinnen und Schülern vor.
Das Lichtmikroskop zum Beispiel findet in der Hochschule hauptsächlich für die Begutachtung von Werkstoffen Verwendung. Herr Plechaty erzählt von einem Fall aus dem Motorsport. Hierfür musste ein Zahnrad unter dem Lichtmikroskop begutachtet werden, um herauszufinden, warum ein Zahn weggerissen ist. Dann musste ein Gutachten erstellt werden. Das Ergebnis der Untersuchung war, dass es ein Fehler bei der Wärmebehandlung gegeben haben muss.
Außerdem wird den Schülern noch ein Gaschromatograph vorgestellt. Mit diesem Gerät kann man herausfinden, wie groß der Anteil eines speziellen Stoffes in einer Flüssigkeit ist. Der Gaschromatograph wird daher nur sehr selten im Maschinenbau verwendet.
Nun kommt es zum Hauptpunkt der Exkursion. Die Gruppe geht in einen separat abgeteilten Raum des Mikroskopielabors. Hier steht das Rasterelektronenmikroskop. Prinzipiell liefert das Rasterelektronenmikroskop ein sehr genaues Bild von einer Oberfläche und das deutlich größer als ein gewöhnliches Lichtmikroskop. Es kann zusätzlich mithilfe eines Computerprogramms die genauen Bestandteile eines Werkstoffes anzeigen. Deshalb wird das Gerät vor allem durch die Industrie und die Baubranche genutzt. Bausachverständige können zum Beispiel herausfinden, ob bei dem jeweiligen Baustoff eine Asbestverseuchung vorliegt. Die Auflösung des Rasterelektronenmikroskops liegt bei circa 1,5 Nanometern. Bevor die Gruppe selbst einige Präparate begutachtet, erläutert Herr Plechaty kurz die wichtigsten Bauteile am Rasterelektronenmikroskop.
Die Analyse findet im Hochvakuum statt. Die Vakuumpumpe, die in der Schleuse sitzt, saugt Luft an mit 10-3 Millibar. Man benötigt ein sehr gutes Vakuum, so dass der Elektronenstrahl ohne Beeinträchtigung auf das Objekt gestrahlt werden kann. Die Restgaspartikel werden durch die Ionengetterpumpe ionisiert und dann mithilfe eines elektrischen Feldes zum „Getter“ (Material zur Verbesserung und Aufrechterhaltung des Vakuums) geführt. In der Säule werden die Elektronen bei 10-10 Millibar erzeugt. Der Rastergenerator lenkt den Strahlengang auf den gewünschten Bereich, der genauer betrachtet werden soll. An dieser Stelle werden Elektronen ausgelöst. Diese Elektronen werden von Detektoren erkannt und senden das Signal an den Monitor. Am Bildschirm wird dies als Punkt dargestellt. Bei genügend feiner Rasterung baut sich dann das Bild auf dem Monitor auf. Wichtig ist auch ein spezieller Detektor am Rasterelektronenmikroskop: der EDX-Detektor (Energiedispersive Röntgenspektroskopie) fängt die emittierten Elektronen auf und misst die dazugehörige Energie. Diese Energie ist dann charakteristisch für bestimmte Elemente. So analysiert man die elementaren Bestandteile des Werkstoffes.
Als die Gruppe über die grundlegende Funktion der Bauteile informiert ist, wird damit begonnen, vorgefertigte Präparate zu begutachten. Währenddessen erklärt Herr Plechaty , dass man nahezu immer die zu untersuchenden Präparate zuerst leitfähig machen muss. Dazu werden sie mit einer feinen Goldschicht „besputtert“ (von „to sputter“ = zerstäuben). Drei ausgewählte Proben befinden sich auf einem runden Metallstück, die jetzt in das Rasterelektronenmikroskop eingesetzt werden.
Bei der ersten Probe handelt es sich um eine Bruchfläche einer mehrschichtigen Kunststofffolie. Dabei muss sie zur Begutachtung der Schichten möglichst senkrecht eingehängt werden. Auf dem Bildschirm erkennt man zuerst leider nicht genau die Probe, da auf dem Objekt zu wenig Gold zur Strahlenlenkung vorhanden ist. Dieses Problem wird behoben, indem man die Spannung verringert, also das Objekt mit weniger Elektronen bestrahlt. Jetzt erkennt man deutlich die einzelnen Schichten der Folie.
Als Zweites wird ein Metallbruch begutachtet. Zuerst wird sich auf dem Bereich mit der eingefrästen Kerbe konzentriert. Diese Bruchfläche wird nun 1000-fach vergrößert.
Jetzt erkennt der Experte, dass das Metall sehr spröde ist und schlagartig gebrochen wurde.
Als Nächstes werden die genauen Bestandteile des Metalls mithilfe des EDX-Detektors analysiert und an den Computer weitergeleitet. Es erscheint ein Diagramm, das die Energie der emittierten Elektronen anzeigt. Das Computerprogramm schlägt Elemente vor, deren Emissionsspektren zu den angezeigten Spektren passen könnten. Zum Schluss kommt die Gruppe zum Ergebnis, dass in der bestrahlten Fläche sehr viel Eisen enthalten ist. Aber auch Gold und Mangan sind zu finden. Herr Plechaty betont, dass es sich um ein sehr schnelles Verfahren handle. Zudem können auch alle Elemente im Periodensystem mit diesem Programm erfasst werden. So kann man verschiedene Stoffe miteinander vergleichen und gegebenenfalls Unterschiede feststellen. Das letzte Präparat, die Nanofasern, konnten aufgrund von Zeitmangel nicht mehr von der Gruppe begutachtet werden.
Als Nächstes wird die Gruppe von Herrn Geigenfeind durch das Gebäude geführt. Unter anderem werden der Maschineraum, die Werkstofftechnik und das Kunststoffverarbeitungslabor besichtigt. Während der Besichtigung werden etliche Maschinen von Herrn Geigenfend den Schülerinnen und Schülern näher gebracht, zum Beispiel eine Universal Fräs- und Bohrmaschine. Das Außergewöhnliche an dieser Maschine ist, dass man komplett freie Formflächen erstellen kann und nicht auf üblich geometrische Formen angewiesen ist. Eine weitere imposante Maschine ist der Röntgencomputertomograph. In dieser Maschine werden verschiedene Stoffe unter sehr hohen Röntgenstrahleinfluss durchleuchtet und auf mögliche Fehler untersucht. Zurück im Mikroskopielabor werden zum Schluss der Exkursion noch einige Bilder über mikroskopierte Pflanzen zum Beispiel die Brennnessel am Computer angesehen.