Materialanalytik

Analysesysteme zur Identifikation von chemischen Elementen, Inhaltsstoffen oder Werkstoffeinheiten übernehmen zunehmend komplexere Aufgaben. Am Fraunhofer ILT werden laserbasierte Verfahren für die Materialanalytik entwickelt, die diesen Herausforderungen genügen und zudem wirtschaftlich sind. Dies wird beispielsweise durch besonders kurze Zykluszeiten ermöglicht. Bei der Inline-Werkstoffanalyse können Materialien oder Inhaltsstoffe mit dem Verfahren der Laser-Emissionsspektroskopie (LIBS) analysiert und klassifiziert werden. Im Bereich der Wertstoffrückgewinnung und beim Recycling alter Elektronik ist damit die gezielte Detektion einzelner Bauteile oder ganzer Bauteilgruppen in Rastermessungen schnell umsetzbar. Platinen können somit als Multi-Element-Landkarten ausgewertet werden. Die entwickelte Technologie kann zudem für die Qualitätssicherung oder Verwechslungsprüfung beispielsweise metallischer Bauteile oder für die Charakterisierung von Rohstoffen genutzt werden.

Das Leistungsangebot umfasst alle Bereiche der Entwicklungskette applikationsspezifischer Analysesysteme. Das Fraunhofer ILT bietet seinen Kunden Machbarkeitsstudien, die Entwicklung und Umsetzung von laserbasierten Prozessen für die Materialanalytik, die Integration von Analysesystemen in industrielle Verarbeitungsprozesse sowie individuelle Beratung.

Spektroskopische Messverfahren

• Laser-Emissionsspektrometrie (LIBS)
• Raman-Spektroskopie
• Fluoreszenz-Spektroskopie

Analysemöglichkeiten

• Gehaltsbestimmung für alle chemischen Elemente
• Analyse und Nachweis chemischer Verbindungen
• Zustandsanalyse von Gemischen und Gasen
• Isotopenanalyse

Anwendungsbereiche

• Inline-Untersuchung von Produktionsmaterialien
• Automatische Qualitätssicherung und Verwechslungsprüfung
• Überwachung von Prozessparametern
• Eingangskontrolle und Sortierung verarbeiteter Materialien
• Inline-Analyse von Abgasen, Stäuben und Abwässern
• Bildgebende makro- und mikroskopische Analysen
• Schnelle Screening-Verfahren für große Probenmengen

Prototypen Entwicklung

• Machbarkeitsstudien
• Kundenspezifische Lösungen und Systeme
• Prototypen für Messaufgaben in industriellen Umgebungen

Mahler, G., Westphalen, T. :
Laserangeregte Thermografie von CFK-Bauteilen
Thermographie-Kolloquium 2017, 28. – 29. September 2017 in Berlin. Beitrag 7 , (8 S.) (2017)

Bußmann, J., Odstrcil, M., Bresenitz, R., Teramoto, Y., Juschkin, L.:
Ptychographic imaging with a tin plasma based EUV light source
JARA-FIT Annual Report 2015, 147-148 (2016)

Bensmann, S., Gaußmann, F., Lewin, M., Wüppen, J., Nyga, S., Janzen, C., Jungbluth, B., Taubner, T.:
Near-field imaging and spectroscopy of locally strained GaN using an IR broadband laser
Opt. Expr. 22 (19), 22369-22381 (2014)

Khalil, O. M., Mingareev, I., Bonhoff, T., El-Sherid, A. F., Richardson, M. C., Harith, M. A.:
Studying the effect of zeolite inclusion in aluminum alloy on measurement of its surface hardness using laser-induced breakdown spectroscopy technique
Optical Engineering 53, (5 S.) (2014)

Preussner, J., Oeser, S., Pfeiffer, W., Temmler, A., Willenborg, E.:
Microstructure and residual stresses of laser remelted surfaces of a hot work tool steel
International Journal of Materials Research 105 (4), 328-336, (2014)

Scharun, M., Fricke-Begemann, C.:
Handheld chemical analysis with laser for recycling applications
Sensor-based Sorting 2014, (Ed.) Waschki, Ulrich, March 11-13, 2014, Aachen,
Schriftenreihe der GDMB Gesellschaft der Metallurgen und Bergleute e.V. 135, pp. 107-115 (2014)

Sturm, V., Fleige, R., de Kanter, M., Leitner, R., Pilz, K., Fischer, D., Hubmer, G., Noll, R.:
Laser-Induced Breakdown Spectroscopy for 24/7 automatic liquid slag analysis at a steel works
Anal. Chem. 86 (19), pp 9687–9692, (2014)

Nastasi, G., Wester, R., Colla, V., Noll, R.:
Determining inclusion size distributions from OES/PDA data
Metallurgical analysis/Yejin-fenxi : shuangyuekan 33, (3), 9-13 (2013)

Scharun, M., Fricke-Begemann, C., Noll, R.:
Laser-induced breakdown spectroscopy with multi-kHz fibre laser for mobile metal analysis tasks — A comparison of different analysis methods and with a mmobile spark-discharge optical emission spectroscopy apparatus
Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy 87, 198-207, (2013)

Fricke-Begemann, C., Noll, R., Monteith, A., Maddison, A., Dürr, M.:
Feasibility-study on laser-induced breakdown spectroscopy for pre-screening of environmental samples. 
Proc. 33rd ESARDA Annual Meeting, Budapest, 16.-20. Mai 2011, (7 S.) (2011)

Fricke-Begemann, C., Graf, N.:
Impiego del laser nel riciclaggio dei metalli. 
Applicazioni Laser Nov/Dic, 44-47, (2011)

Fricke-Begemann, C., Noll, R., Wotruba, H., Schmitz, C.:
Laser-based material analysis for sorting of minerals.
In: Applications of sensor-based sorting in the raw material industry. Eds.: Pretz, T., Wotruba, H., Nienhaus, K. Aachen: Shaker 2011.
(Schriftenreihe zur Aufbereitung und Veredlung.  Bd 42.), 65-70, (2011)
ISBN 978-3-8440-05

Fricke-Begemann, C., Strauß, N., Noll, R.:
Laser-based methods for chemical composition analysis of particulate emissions from steelmaking processes. 
Proc. of the CETAS 2011, Luxembourg, 17.-19. Mai 2011. OC19. pp. 131-138, (2011)

Noll, R., Sturm, V., Fricke-Begemann, C., Werheit, P., Makowe, J.
Laser-induced breakdown spectroscopy - new perspectives for in-line analysis of materials
Metallurg. Anal./Yejin-fenxi : shuangyuekan 30, Suppl. 9, 22-30, (2010)

Strauss, N., Fricke-Begemann, C., Noll, R.
Size-resolved analysis of fine and ultrafine particulate matter by laser-induced breakdown spectroscopy
J. Anal. Atomic Spectrom. 25, 867-874, (2010)

Gehlen, C. J. Makowe, R. Noll
Automatisierte Verwechslungsprüfung von Edelstahlhalbzeugen in der Produktion
Stahl und Eisen 129 (7), 70-72, (2009)

Wester, R., Noll, R.:
Heuristic modeling of spectral plasma emission for laser-induced breakdown spectroscopy
J. Appl. Phys. 106, 123302- (10 S.) (2009)

Noll, R., Sturm, V., Makowe, J.:
Laseremissionsspektrometrie analysiert zeitnah Stahlproben
Stahl und Eisen
129, 61-65, (2009)

Noll, R., Krauhausen, M.:
Onlineprüfung von Rohren mit Lasertechnik
Stahlmarkt 1, 40, (2009)

Fricke-Begemann, C.:
Partikel-Zusammensetzung mit Laserspektroskopie messen
Laborpraxis 12, 48-50, (2009)

Kuhlen, T., Fricke-Begemann, C., Strauss, N., Noll, R.:
Analysis of size-classified fine and ultrafine particulate matter on substrates with laser-induced breakdown spectroscopy
Spectrochim. Acta Part B
63, 1171-1176, (2008)

Sturm, V., Schmitz, H.-U., Reuter, T., Fleige, R., Noll, R.:
Fast vacuum slag analysis in a steel works by laser-induced breakdown spectroscopy
Spectrochim. Acta Part B 63, 1167-1170, (2008)

Noll, R., Sturm, V., Aydin, Ü., Eilers, D., Gehlen, C., Höhne, M., Lamott, A., Makowe, J., Vrenegor, J.:
Laser induced breakdown spectroscopy - from research to industry, new frontiers for process control
Spectrochim. Acta Part B 63, 1159-1166, (2008)

Aydin, Ü., Roth, P., Gehlen, C. D., Noll, R.:
Spectral line selection for time-resolved investigations of laser-induced plasmas by an iterative Boltzmann plot method
Spectrochim. Acta Part B
63, 1060-1065, (2008)

Mingareev, I., Horn, A.:
Time-resolved investigations of plasma and melt efections in metals by pump-probe shadowgraphy
Appl. Phys. A 92, 917-920, (2008)

Peter, L., Noll, R.:
Material ablation and plasma state for single and collinear double pulses interacting with iron samples at ambient gas pressures below 1 bar
Appl. Phys. B 86, 159-167, (2007)

Sturm, V.:
Optical micro-lens array for laser plasma generation in spectrochemical analysis
J. Anal. Atom. Spectr. 22, 1495-1500, (2007)

Wester, R., Noll, R.:
Fast Characterisation of Steel Cleanness by Advanced Mathematical Analysis of Spark and Laser Source Optical Emission Data
Progress in Analytical Chemistry in the Steel and Metal Industries 7, 209-212, (2006)

Noll, R., Sturm, V., Stepputat, M., Whitehouse, A., Young, J., Evans, P.:
Industrial applications of LIBS.
Miziolek, A.W., Palleschi, V., Schechter, I. (Eds.): Laser-Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS): Fundamentals and Applications, Cambridge: Cambridge Univ. Pr., 400-439, (2006)

Löbe, A., Vrenegor, J., Fleige, R., Sturm, V., Noll, R.:
Laser-induced ablation of a steel sample in different ambient gases by use of collinear multiple laser pulses
Analytical & Bioanalytical Chemistry 385, 326-332, (2006)

Noll, R., Panne, U.:
Laser-induced breakdown spectroscopy - EMSLIBS 2005
Analytical & Bioanalytical Chemistry 385, 212-213, (2006)

Balzer, H., Höhne, M., Noll, R., Sturm, V.:
New approach for online monitoring of the Al depth profile of the hot-dip galvanised sheet steel using LIBS
Analytical & Bioanalytical Chemistry 385, 225-233, (2006)

Balzer, H., Hoehne, M., Hoelters, S., Sturm, V., Noll, R., Leunis, E., Janssen, S. Raulf, M., Sanchez, P., Hemmerlin, M.:
Online depth profiling of zinc coated sheet steel by laser-induced breakdown spectroscopy
Progress in Analytical Chemistry in the Steel and Metal Industries 7, 237-242, (2006)

Vrenegor, J., Sturm, V., Noll, R., Hemmerlin, M., Thurmann, U., Flock J.:
Preparation and analysis of production control samples by a two-step method
Proceedings of the 7th International Workshop "Progress in Analytical Chemistry in the Steel and Metal Industries", 81-86, (2006)

Balzer, H., Hölters, S., Sturm, V., Noll, R.:
Systematic line selection for online coating thickness measurement of galvanised sheet steel using LIBS
Analytical & Bioanalytical Chemistry 385, 234-239, (2006)

Noll, R.:
Terms and notations for laser-induced breakdown spectroscopy
Analytical & Bioanalytical Chemistry 385, 214-218, (2006)