Ansprechpartner:
Florian Holze
Open Hybrid LabFactory e.V.
Leitung Technikum
Telefon: +49(0) 5361 890 24524
florian.holze(at)open-hybrid-labfactory.de
Tiefe Einblicke in Struktur und Oberfläche
+Wenn die Lichtmikroskopie für die Charakterisierung der Herstellungsprozesse und die Analyse von hybriden Verbunden nicht mehr ausreicht, ist eine spezielle Messtechnik notwendig. Im Labor für die hochauflösende Bildgebung können mit vielfältig ausgerüsteten Mikroskopen Werkstoffe bis in das kleinste Detail der Oberflächenstruktur abgebildet und analysiert werden.
Mit einer Auflösung bis in den Nanometer- und Subnanometerbereich können hier insbesondere Grenzschichten als maßgebliche Eigenschaft von hybriden Bauteilen, aber auch Materialfehler und Verarbeitungsparameter mit einer > 500.000-fachen Vergrößerung abgebildet werden.
Anwendungsbeispiel: Schadensanalytik
Kommt es bei einem Produkt oder einer seiner Komponenten zum Materialversagen, muss die Ursache untersucht und aufgeklärt werden. Bei 100-facher Vergrößerung können z.B. anhand der unterschiedlichen Verlaufsrichtungen und des Bruchverhalten von Glasfasern und Matrix Rückschlüsse über das Material und den Herstellungsprozess gezogen werden (Abbildung eins).
Ein weiterer Bereich der Fehler- und Schadensanalytik ist die Suche nach Verarbeitungsfehlern wie beispielsweise im Beschichtungsprozess von Stahl-Bauteilen, die mit Hilfe von REM/EDX-Aufnahme nachgewiesen werden können (Abbildung zwei).
Durch die Detektion unterschiedlicher Signalarten können bei Hybridproben unterschiedlich leitende und nicht-leitende Materialien simultan dargestellt werden. Abbildung drei zeigt die Oberfläche aus einem Klebeversuch. Das Mixbild aus CBS- und LFD-Detektor veranschaulicht bei 500-facher Vergrößerung die Stahloberfläche (blau) mit den Resten der Kunststoffbeschichtung und Glasfasern.
Mit Hilfe des LFD-Detektors können unter 30.000-facher Vergrößerung Vernetzungsreaktionen zwischen zwei Schichten bei bakterielle Nanocellulose sichtbar gemacht werden (Abbildung vier). Die Fasern konnten ohne vorherige Präparationsmaßnahmen (z.B. Beschichtung) im Niedervakuum dargestellt werden.
+OHLF e.V.
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+Technische Ausstattung/Dienstleistungen OHLF e.V.
Rasterelektronenmikroskop (REM)
Ein Rasterelektronenmikroskop (REM) mit variabler Druckkammer ermöglicht das Mikroskopieren sowohl von leitenden als auch nicht-leitenden Materialien ohne aufwendige Präparation und kann neben Metallen auch Hybrid- und Verbundmaterialien sowie feuchte, ölige oder stark ausgasende Proben abbilden. Verschiedene Detektoren (z.B. ETD, CBS, LFD) können unterschiedliche Signale wie Sekundär- oder Rückstreuelektronen analysieren und damit topographie- oder elementabhängige Kontraste hervorheben.
EDX Analyse
Die EDX Analyse ermöglicht durch die Detektion von charakteristischen Röntgenstrahlen das Bestimmen der chemischen Zusammensetzung einer Probe und ist daher eine ideale Ergänzung zur optischen Analyse.
Rasterkraftmikroskop (AFM)
Für Messungen der Oberflächenrauheit steht ein Rasterkraftmikroskop (AFM) zur Verfügung, mit dem – in Ergänzung zum REM – Oberflächenstrukturen auch in der Tiefe mit einer Auflösung bis in den Picometerbereich (1pm = 1e-9 mm) gemessen werden. Durch verschiedene Messmodi eignet sich das AFM beispielsweise auch für die Untersuchung von Grenzflächen oder der Oberflächenhärte im Nanometermaßstab.
Anwendungsbereiche:
- Bruchstellencharakterisierung von Faser-/Matrix-Verbindungen
- Oberflächenanalyse wie z.B. ortsaufgelöste Detektion von Fremdstoffen, Verschleiß und Bruchstellen, Rauheit, Bearbeitungsspuren
- Qualitätssicherung (Fehlstellen, Schichtdicken, Benetzung)
- Untersuchung von Grenzflächen, insbesondere Schichthaftung, bspw. Bei Einlegern in Kunststoff oder Entformung beim Kunststoffspritzen
- Vermessung von Materialstrukturen
- Analyse von unbekannten Materialien
