Fachwörter-Lexikon
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Schichtdicke - Schliffmethoden
Das mikroskopische Schichtdickenmessverfahren an Querschliffen ist eine der am weitesten verbreitete, zerstörende Verfahren zur Untersuchung von Schichtdicken (in der Regel ≥ 3 µm). Mit ihr können nahezu alle Schichtarten (z.B. Metall-, Oxid-, Lack-, Spritzschichten) untersucht werden. Abhängig von dem zu untersuchenden Werkstoff ist zur Herstellung einwandfreier Querschliffe ein individuelles Präparationsrezept nötig.
Ein Probenstück mit wenigen Zentimeter Kantenlänge (evtl. Entnahme aus dem zu untersuchenden, größeren Objekt) wird gereinigt und mittels Warm- oder Kalteinbettmethode in einem passenden Einbettmittel fixiert. In mehreren Schleif- und Poliervorgängen unter Zugabe geeigneter Suspensionen wird die Probe geschliffen und poliert und dadurch ein Querschliff durch die zu untersuchende Zone der Schicht hergestellt. Am Querschliff kann die Beschichtung mit einem Lichtmikroskop oder Rasterelektronenmikroskop untersucht werden. Zusätzlich können durch Anätzen der polierten Querschliffoberfläche die Schichten sowie das darunter liegende Gefüge kontrastiert und dadurch besser sichtbar gemacht werden.
Aufgrund der hohen Präzision wird das Verfahren oftmals als Referenzmethode herangezogen. Nachteilig ist die relativ lange Dauer zur Schliffherstellung (speziell bei der Kalteinbettung).
Das Schrägschliffverfahren ist eine abgeänderte Variante der Querschlifftechnik, bei dem durch eine schräge Schliffpräparation die Analysefläche vergrößert und die Schichtdicke optisch verbreitert wird. Unter Berücksichtigung des Probenneigungswinkels wird anschließend durch geometrische Verhältnisse die wahre Schichtdicke berechnet. Aufgrund der vergrößerten Projektionsebene fällt die Messunsicherheit im Vergleich zum herkömmlichen Querschliffverfahren entsprechend geringer aus, sodass sich die Schrägschliffmethode vorwiegend für Schichten ≤ 1 µm anbietet.
Mit dem Kalottenschliffverfahren lässt sich neben der Verschleißbeständigkeit auch die Schichtdicke bestimmen. Hierfür wird eine gehärtete Stahlkugel gegen die Probenoberfläche gedreht, so dass anschließend nach einer gewissen Zeit eine Kalotte in die Schicht eingeschliffen wird (Abb. 1). Für eine Schichtdickenbestimmung muss die Kalotte durch die Schicht bis zum Grundmaterial eingeschliffen werden. Im Allgemeinen wird beim Schleifvorgang eine abrasive Diamantsuspension zugegeben. Die Kalotte weist einen vergleichsweise flachen Schleifwinkel auf, wodurch die Projektionsebene und die Schicht um bis zu einem Faktor 100 verbreitert werden kann.
Abb. 1: Prinzip des Kalottenschliffverfahrens
Abhängig von der verwendeten Probengeometrie ergeben sich bei der Betrachtung mit einem Mikroskop konzentrische Kreise für ebene und elliptisch geformte für gekrümmte Oberflächen. Aus den Durchmessern dieser Kreise bzw. Kreisringe lässt sich die Schichtdicke berechnen. Das Verfahren ist für PVD/CVD- sowie galvanische Schichten mit einer Dicke zwischen 0,3 µm und 30 µm geeignet.
Beim Keilschnittverfahren wird mithilfe einer Schneide unter einem vorgegebenen Winkel die Beschichtung auf der Probe durch keilförmiges Einschneiden verletzt (Abb. 2). Auf Basis geometrischer Beziehungen kann die Schichtdicke durch den Schnittwinkel und die mit einem Mikroskop ermittelte Schichtdicke an der Schnittflankenprojektion berechnet werden.
Abb. 2: Keilschnittprinzip
Qualitätsstähle
Qualitätsstähle sind unlegierte oder legierte Stähle mit besonderen Anforderungen an ihre Eignung zum Kaltverformen, ihre Beständigkeit gegen atmosphärische Korrosion oder ihre elektrischen beziehungsweise magnetischen Eigenschaften. Sie sind daher in der Regel meistens für eine Wärmebehandlung vorgesehen. Der Gehalt an Eisenbegleitelemente wie Phosphor und Schwefel liegt unter 0,045 %. Einsatzgebiete sind die Herstellung von Blechen, Bändern, Rohre und andere Profile.
Keramische Werkstoffe, Silikatkeramik
Silikatkeramik – Industrieporzellan oder technisches Porzellan – wird aus 50 % Tonerde (AI2O3), 25 % Quarzsand (SiO2) und 25 % Feldspat (KAlSi3O3) gebrannt, hat einen weißen, dichten Scherben, besitzt gute mechanische Festigkeit, Beständigkeit gegen viele Chemikalien und sehr gutes elektrisches Isolationsvermögen. Haupteinsatzgebiet sind elektrische Isolierteile in Maschinen, Elektroheizgeräten, Schalter und Lampen.
Spannungs-Dehnungsverhalten von Aluminiumoxid und Silikatglas / Bildquelle: Materialwissenschaft und Werkstofftechnik/VCH-Verlag