Neue Messgeräte am KIMW

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Im Rahmen des Forschungsprojekts Infrasurf, das sich mit funktionalen Werkzeugbeschichtungen befasst, hat das KIMW zwei neue Messgeräte beschafft.

Dabei handelt es sich um ein Mikro-/Nano-mechanisches Messgerät und ein Rasterelektronenmikroskop. Das Mikro-/Nano-mechanische Messgerät erweitert die Möglichkeiten der Oberflächencharakterisierung von dünnen Schichten in der Forschungsstelle am Kunststoffinstitut Lüdenscheid (KIMW). Es ist mit einem universellen Messkopf zur vollständigen mechanischen Charakterisierung von Beschichtungen und Schüttgutproben ausgestattet und vereint Mikrohärtetester, Mikro-Scratchtester und Mikro-Tribologietester in einem.

Zur Analyse der Oberfläche ist der Messkopf mit einem Mikroskop mit drei Okularen ausgestattet, wodurch 200fache, 800fache und 4000fache Vergrößerungen realisiert werden können. Der sehr große Lastbereich (10 - 10.000/30.000 mN) ermöglicht eine detaillierte und an die Probe angepasste Analyse der mechanischen Eigenschaften. So ist nun auch die Härtemessung an dünnen Schichten möglich, was die Forschungsstelle in die Lage versetzt, die mittels MO-CVD Technologie in Lüdenscheid applizierten, funktionalen Schichten nun auch direkt am Ort der Entwicklung analysieren zu können.

Messgerät nicht nur für Härtemessungen

Neben der Härtemessung ermöglicht das Gerät auch die Bestimmung von Adhäsion, Kratzfestigkeit, Elastizitätsmodul und Verschleiß für ein breites Spektrum von Proben. Es ist für organische und anorganische, für weiche und harte Beschichtungen (zwischen 1 μm und 20 μm Schichtdicke) sowie für unbeschichtete Substrate und auch für Schüttgut einsetzbar.

Für die Messung stehen verschiedene Probenköpfe (Vickers, Berkovich, Rockwell) zur Verfügung. Zudem können individuelle Geometrien für die Tribologiemessungen in den Universalprobenhalter eingebaut werden. Unterschiedliche Messverfahren und programmierbare Messabläufe ermöglichen eine detaillierte und effiziente Analyse der Proben. Durch Aufnahme von Postscans können beispielsweise die Rückstellung bei Polymeren oder bei Self-Healing-Lackierung nach dem Scratch nachverfolgt und dadurch elastische und plastische Eigenschaften quantifiziert werden.

Oberflächencharakterisierung per Rasterelektronenmikroskop

Mit dem neuen mikro-/nano-mechanischen Messgerät kann das KIMW Oberflächen von dünnen Schichten charakterisieren. Foto: KIMW

Das neue Rasterelektronenmikroskop (REM) erweitert unter anderem die Möglichkeiten der Oberflächencharakterisierung von diversen Grundmaterialien und Beschichtungen und bietet dem KIMW mit den zur Verfügung stehenden Detektoren umfangreiche Analysemöglichkeiten. Zur Ausstattung gehören ein Sekundärelektronendetektor (SE-Detektor) und ein Rückstreuelektronendetektor (BSE-Detektor) für Untersuchungen im Hochvakuum sowie ein Ultra Variable-Pressure Detektor (UVD-Detektor) für Untersuchungen im Niedervakuum.

Das REM ermöglicht die hochaufgelöste Betrachtung von Oberflächen leitfähiger Proben und elektrisch isolierender Proben, ohne dass diese mit Gold oder Graphit gesputtert werden müssen. Nicht leitfähige Substrate wie Kunststoffe oder elektrisch isolierende Beschichtungen können durch den Einsatz eines UVD Detektors und durch eine indirekten Messung im Niedervakuum analysiert werden. Eine störende Überbelichtung der Probenoberfläche und Aufladungserscheinungen durch den Elektronenstrahl werden bei dieser Messanordnung vermieden. Durch gezielte Wahl der Detektoren können Aufnahmen der Oberflächentopographie und Bilder mit sichtbarem Materialkontrast erstellt werden.

Die Bestimmung der Verteilung von Partikeln kann genauso ausgewertet werden wie die Charakterisierung mikroskopischer Einschlüsse. Eine qualitative und quantitative Bewertung mikroskopischer und submikroskopischer Strukturen ist möglich. Die Kombination der Detektorsignale ermöglicht dabei ein breites Spektrum an Auswertungsmöglichkeiten, um jedes Detail einer Probe zu charakterisieren. Zudem ist die Messung des 3D-Profils möglich, mit dem zum Beispiel Stufenhöhen und Schichtdicken ermittelt werden können.

sk

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