Zerstörungsfreie Materialcharakterisierung und -prüfung von Faserverbundwerkstoffen mit Terahertz-Wellen

Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Messverfahren zur bildgebenden zerstörungsfreien Untersuchung von glasfaserverstärkten Kunststoffen (GFK) entwickelt. Nach einer ausführlichen Bestimmung der elektrischen Materialparameter wurde für die Untersuchungen der Frequenzbereich von 75 – 110GHz gewählt, der den besten Kompromiss zwischen Dämpfung im Material und Auflösungsvermögen des Messsystems darstellt.

Die Untersuchung von Proben mit teils sehr großen und unterschiedlichen Dicken erforderte für die Bildgebung eine Lösung, bei der eine ausreichende Schärfentiefe zur Verfügung steht. Es wurde daher eine numerische Rekonstruktion verwendet, weil durch eine physikalische Fokussierung mit Linsen oder Spiegeln eine hohe Auflösung nahe der Beugungsgrenze nur für einen sehr kleinen Fokusbereich möglich ist. Hierbei kam das Verfahren des Radars mit synthetischer Apertur (SAR) zum Einsatz. Dieses erlaubt eine Rekonstruktion der Bilddaten, die in jeder Entfernung scharf dargestellt werden kann und so optimal zur Vermessung elektrisch dicker Proben geeignet ist. Da die Auflösung in Entfernungsrichtung, die durch die verwendete Bandbreite festgelegt wird, nicht ausreicht, um Defekte sehr nahe an der Probenrückseite von der Reflexion der Grenzschicht an der Rückseite zu trennen, wurde zusätzlich eine Auswertung in der Kreuzpolarisation vorgenommen. Hierbei wird eine linear polarisierte elektromagnetische Welle ausgesendet und in der orthogonal zur Senderichtung orientierten Polarisation empfangen. Reflexionen an einer glatten Grenzschicht treten jeweils nur in derselben Polarisationsorientierung auf. Es ist somit möglich, mittels Auswertung der Kreuzpolarisation eine erhebliche Kontrasterhöhung, gegenüber anderen Messmethoden zu erreichen, weil an Kanten und unregelmäßigen Strukturen eine Streuung des Signals in die Kreuzpolarisation erfolgt.

Das vorgestellte Messsystem der zerstörungsfreien Materialcharakterisierung und -prüfung von Faserverbundwerkstoffen mit Terahertz-Wellen ist somit besonders gut geeignet, Schäden in vergleichsweise dicken Proben zu erkennen. Dabei können insbesondere Defekte, die Kanten oder Ecken aufweisen, oder die die elektrische Pfadlänge verändern, sehr gut detektiert werden. Auch ist das hier entwickelte Verfahren, die Schichten unter Wabenkernen untersuchen zu können, eine erhebliche Weiterentwicklung im Vergleich zu konventionellen zerstörungsfreien Messmethoden.