Vorwort zur zweiten Auflage
Nach der sehr erfreulichen Resonanz, die die erste Auflage des Buches gefunden hat, sind mit dieser zweiten Auflage einige Überarbeitungen bezüglich der Einheitlichkeit von Formeln und Bezeichnungen vorgenommen worden. Kleinere inhaltliche Fehler, Schreibfehler, Satzfehler und einige Bilder wurden korrigiert.
In den Kapiteln 2, 3, 4, 5, 6, 11 und 13 wurden kleinere Umstellungen und Ergänzungen vorgenommen. Die Übungsaufgaben wurden erweitert. Das ursprüngliche Kapitel 14 (Kleinwinkelstreuung) erhielt eine völlig neue Struktur. In diesem Kapitel werden nun mehrere Sonderverfahren der (Röntgen)beugung vorgestellt.
Es existieren natürlich weitere Anwendungen, die auch in dieser zweiten Auflage keine Erwähnung finden. Hier sei auf die dann meist englische Spezialliteratur verwiesen. Dies sind überwiegend Gebiete, die den Materialwissenschaftler nicht vorrangig tangieren bzw. eigene Erfahrungen der Autoren fehlen (z.B. Röntgenbeugung an Polymeren). Parallel zu diesem Buch ist jetzt in zweiter Auflage das englischsprachige Buch von Pecharsky et. al. [134] erschienen. Der Schwerpunkt dieses Buches ist die Kristallstrukturanalyse.
Die Autoren haben sich das Ziel gestellt, weitestgehend nur die Methoden und Verfahren ausführlich zu beschreiben, die sie selbst aktiv vertreten.
Auf dem Gebiet der Spannungsmessung ist kurz vor Drucklegung die Norm DIN EN 15305 [16] verabschiedet worden, welche die schlechter zugängliche AWT-Anleitung [157] ablöst.
Das Literaturverzeichnis wurde um Firmenprospekte, interne Berichte und Studienarbeiten gekürzt.
In dieser Auflage wurde wiederum bewusst auf Abbildungen konkreter Geräte, Apparaturen und Bauteile verzichtet, um eine Neutralität gegenüber den Firmen zu gewährleisten. Ebenso wurde darauf verzichtet, Internetadressen und Rechenprogramme konkret anzugeben, da hier die Aktualität im Zeitraum der Buchauflage nicht gewährleistet ist.
Herrn Dr. Th. Kups wird hiermit für seine kritische und finale Durchsicht des Manuskripts dieser Auflage gedankt.
Auch diese zweite Auflage wird nicht fehlerlos sein. Die Autoren sind allen Lesern dankbar, die Hinweise auf Fehler, mangelhafte Darstellung oder notwendige sachliche Ergänzungen geben (lotharspiess@web.de).
Die erneut gute Zusammenarbeit mit dem Vieweg+Teubner-Verlag und den Lektoren Frau K. Hoffmann und Herrn U. Sandten sei hiermit erwähnt.
Ilmenau, im Dezember 2008
L. Spieß, G. Teichert, R. Schwarzer, H. Behnken und Ch. Genzel
Vorwort zur ersten Auflage
Die Röntgentechnik ist mehr als 100 Jahre alt. Sie hat sich in dieser Zeit zu einer festen Größe in der Technik entwickelt.
Seit dem Nachweis der Röntgenbeugung am Kristall durch M. von Laue, W. Friedrich und P. Knipping im Jahr 1912 hat die Röntgenbeugung sehr schnell Eingang in die Natur- und Ingenieurwissenschaften gefunden. Zunächst war sie primär Hilfsmittel in der Grundlagenforschung, dann kam sehr schnell auch die praktische Anwendung in Forschung und Industrie zum Zuge. Die Strukturaufklärung mit Röntgenstrahlnutzung ist heute weltweit ein etabliertes Verfahren und Beispiel für die Synergie aus Gebieten der Physik, der Kristallographie, der Materialwissenschaft, der Ingenieurwissenschaft und zunehmend auch der Mathematik und Informatik. Heute ist die Röntgenbeugung als Untersuchungsmethode aus der modernen Materialwissenschaft und Werkstofftechnik nicht mehr wegzudenken. Die Eigenschaften der unterschiedlichen Materialien hängen immer von der Struktur, also der jeweiligen konkreten Atomanordnung, ab. Die Röntgenbeugung ist ein elegantes Verfahren zur zerstörungsfreien Aufklärung der Struktur bzw. zur Bestimmung von Abweichungen vom idealen Strukturzustand und für die Aufklärung und Untersuchung des grundlegenden Zusammenhangs:
Struktur - Gefüge - Eigenschaften
Die Aufklärung dieser einfach aussehenden, aber sehr komplexen Beziehung bildet das tägliche Arbeitsfeld der Material Wissenschaft 1er. Bereits aus den frühesten röntgenographischen Untersuchungen an Festkörpern ist bekannt, dass die große Mehrzahl aller uns umgebenden anorganischen Festkörper aus Kristallen aufgebaut sind. Das gilt für technisch hergestellte Werkstoffe (Metalle, Keramiken, Polymere) genauso wie für biologische Naturstoffe (Knochen, Zähne, Wolle, Holz, Muscheln, ..) und auch für die Minerale, Erze und Gesteine, welche die Erdkruste bilden. Selbst viele organische Substanzen befinden sich im kristallinen oder teilkristallinen Zustand. Die Kristalle in diesen Stoffen sind klein und haben nicht die schönen regelmäßigen Formen, wie wir sie aus der Kristallographie und Mineralogie kennen. Diese auch Kristallite oder Körner genannten Gefügebestandteile zu untersuchen ist die Aufgabe von Materialwissenschaftlern.
Das Erlernen dieser Methode erfordert eine breit angelegte Ausbildung, die es an einigen deutschen Hochschulen/Universitäten und Fachschulen gibt.
So wird bei der Ausbildung von Ingenieuren in den Studiengängen Werkstoffwissenschaft, Technische Physik, Elektrotechnik und Maschinenbau an den Technischen Universitäten der Autoren diese Technik seit vielen Jahrzehnten in unterschiedlichem Umfang und unterschiedlichen Schwerpunkten vermittelt und praktisch angewendet.
Unsere hochverehrten Lehrer, die Professoren K. Nitzsche (Ilmenau), P. Paufler (Leipzig) bzw. V. Hauk (Aachen) haben die Röntgenbeugungsverfahren immer angewendet und weiterentwickelt und uns diese Techniken gelehrt.
Das Angebot an aktuellem, deutschsprachigem Lehrmaterial ist derzeit nicht befriedigend. Bücher, wie Hanke/Nitzsche(i96i) [71], Neef (1965) [123] und Glocker (1985) [66] gibt es nur noch in den Antiquariaten und vereinzelt in den Universitätsbibliotheken. Die Lehrbriefe für das Hochschulstudium [68,129] sind deutschlandweit nicht zugänglich.
Die vorhandene Spezialliteratur beschäftigt sich entweder intensiv mit der Theorie der Röntgenbeugung oder der Kristallstrukturbestimmung, dem Hauptarbeitsfeld der Kristallographen, oder mit Spezialgebieten wie der Spannungsmessung oder Texturanalyse.
Dieses Lehrbuch richtet sich in erster Linie an Studenten und Absolventen der Materialwissenschaft und Werkstofftechnik, jedoch auch an Studenten und Absolventen der Physik, Chemie, Kristallographie, Mineralogie und weiterer werkstoffwissenschaftlich orientierter Ingenieurstudiengänge.
Aus dem Inhalt mehrerer Vorlesungsreihen, Praktikumsanleitungen und durch Anwendung dieser Technik seit mehr als 23 Jahren ist das nachfolgende Buch unter Mitwirkung von Spezialisten aus anderen Einrichtungen entstanden. Ziel dieses Buches soll es sein, die Röntgenbeugung mit all ihren modernen und vielfältigen Modifizierungen aus den vergangenen 20 Jahren als Anwender aus der Ingenieurwissenschaft zu verstehen und so Praxisaufgaben besser lösen zu können.
Neue Techniken und Auswerteverfahren sollen ebenso wie schon altbekannte Methoden in diesem Buch geschlossen und mit der notwendigen Tiefe und Diskussion von Einzelergebnissen dargestellt werden. Die mathematische Durchdringung der Arbeitsgebiete ist auf das notwendige Maß beschränkt worden. Bei manchen Gegebenheiten wird auf eine ausführliche Herleitung und Begründung aus didaktischen Gründen verzichtet. Andererseits werden an einigen Stellen gerade die Dinge besprochen und Lösungen vorgestellt, die in der Praxis vorkommen.
Ziel des Buches ist es, ein »Praxislehrbuch« zur Verfügung zu stellen und eine doch bedeutende Lücke im deutschen ingenieurtechnischen Lehrbuchmarkt zu schließen. Es wird versucht, die Literaturangaben auf das Notwendigste zu beschränken. Es werden einige ältere Lehrbücher, Dissertationen und einige grundlegende Übersichts- und Spezialartikel zitiert. Das vorliegende Literaturverzeichnis ist bei weitem nicht vollständig und alle nicht aufgeführten Autoren mögen dies verzeihen.
Um den Charakter eines Lehrbuchs zu erhalten, sind verschiedene Aufgaben gestellt. Die ausführlichen Lösungen sind in einem Extrakapitel zusammengefasst. Die Aufgaben haben jedoch auch das Ziel, ab und an ausführliche und komplexe Zusammenfassungen eines Problems darzustellen.
Für die Durchführung von Beugungsaufnahmen seien J. Schawohl (Ilmenau), zahlreichen Diplomanden und Doktoranden und für die wertvollen Hinweise und Überlassung von Firmenschriften und ausgewählten Messdaten den Firmen (alphabetische Reihenfolge) Axo Dresden, Bruker AXS Karlsruhe, General Electric - ND-Testing Systems Ahrensburg, Panalytical Kassel und Stoe & CIE Darmstadt gedankt.
Die Autoren bedanken sich ebenfalls für die gute Zusammenarbeit mit dem BGTeubner-Verlag und den Lektoren Frau K. Hoffmann und Herrn U. Sandten.
Ilmenau, im Juli 2005
L. Spieß, G. Teichert, E. Behnken und R. A. Schwarzer