Keramische und anorganische Beschichtungen

Diamantähnlicher Kohlenstoff (DLC)

Anwendung von FT-IR für keramische Beschichtungen

Bestimmung der Schichtdicke von diamantähnlichem Kohlenstoff mittels FT-IR

Erfahren Sie, wie die FT-IR-Mikroskopie zur Beurteilung einer CVD-Diamantbeschichtung an einem Bohrer eingesetzt wird.

Für die Schichtdickenbestimmung solcher Beschichtungen kann die FT-IR-Spektroskopie eingesetzt werden. Für kleinere Strukturen im Mikrometerbereich liefern FT-IR-Mikroskope hervorragende Ergebnisse und ermöglichen zuverlässige Schichtdickenbestimmungen.

Dies geschieht mithilfe von Reflexionsmessungen an dem optisch transparenten Diamanten. Dies führt zu sogenannten Interferenzstreifen. Diese werden dadurch verursacht, dass das Licht sowohl von der Oberfläche der Beschichtungsschicht als auch vom Substrat unter der Beschichtung reflektiert wird.

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Anwendung von Raman für keramische Beschichtungen

Bewertung der Homogenität von diamantähnlichen CVD-Kohlenstoffbeschichtungen mittels Raman

Um es kurz zu machen: Die Raman-Spektroskopie ist eines der leistungsfähigsten Werkzeuge für die Analyse von Kohlenstoff-Allotropen. Natürlich ist sie das bevorzugte Werkzeug für chemisch aufgedampften diamantähnlichen Kohlenstoff.

Sie ermöglicht die Unterscheidung der vielfältigen Kohlenstoffarten und liefert wesentliche Informationen zur Struktur, beispielsweise über das wichtige sp2/sp3-Verhältnis. Darüber hinaus ist es mit der Raman-Mikroskopie möglich, Raman-Spektren im Submikrometerbereich aufzuzeichnen.

  • Bewertung der Einheitlichkeit von Beschichtungen
  • Informationen über den Beschichtungsprozess
  • Umfassende Studien zu Kohlenstoff-Allotropen

Beschichtungs- und Schichtanalyse

Anwendungen von Mikro-RFA für keramische Beschichtungen

Beschichtungsdicke mit Mikro-RFA

Metallbeschichtungen sind in vielen Industriezweigen unverzichtbar, da sie einer Vielzahl von Produkten verbesserte Oberflächeneigenschaften verleihen. Die Metallbeschichtungen können eine dauerhafte, korrosionsbeständige Schicht zum Schutz des Trägermaterials bilden und dazu beitragen, den Verschleiß von metallischen Produkten zu minimieren. Metallbeschichtungen können u.a. die elektrische Leitfähigkeit, die Beständigkeit gegen Torsion und die Lötbarkeit verbessern. Die Qualitätskontrolle der Zusammensetzung und Dicke von Beschichtungen ist entscheidend, um die richtigen Beschichtungseigenschaften und die Dauerhaftigkeit sicherzustellen.

Wenn eine strenge Qualitätskontrolle von Metallbeschichtungen erforderlich ist, ist die Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA) die beste Gesamtlösung. Das Mikro-RFA-Gerät  M1 MISTRAL  von Bruker ermöglicht die gleichzeitige Messung von Schichtdicke und Schichtzusammensetzung. Neben der Beschichtungsanalyse kann das M1 MISTRAL auch die chemische Zusammensetzung von Metalllegierungen, Beschichtungsbadflüssigkeiten, Kunststoffen und vielen anderen Materialien messen.

Abbildung von Schichtdickenvariationen mit Mikro-RFA

Da Röntgenstrahlen Materie durchdringen können, ermöglicht RFA die Bestimmung von Schichtdicken. Durch den Einsatz von Mikro-RFA, , in diesem Fall des M4 TORNADO, wird die Schichtanalyse (Dicke und Zusammensetzung) mit räumlichen Auflösungen im Mikrometerbereich ermöglicht. Die Schichtanalyse beruht weitgehend auf der Quantifizierung der atomaren Grundparameter und kann durch die Verwendung von Standardproben verbessert werden. So können gängige Schichtsysteme wie ENEPIG-Beschichtungen, ZnNi-Beschichtungen oder Lötschichten, bei denen Standards leicht verfügbar sind, mit hoher Genauigkeit gemessen werden, aber auch neuartige Schichtsysteme in einer F&E-Umgebung können getestet werden. 

The sample, two electrodes on a glass substrate, is a test device for photoinduced electrolysis. It is composed of a bi-metal monolayer with a concentration gradient alon

Messung von Schichten im Vakuum mit Mikro-RFA

Die Analyse von dünnen Schichten oder Beschichtungen ist eine typische Aufgabe  in der Mikro-RFA-Spektrometrie. Sowohl die zerstörungsfreie Ausführung des Verfahrens als auch die Fähigkeit der Röntgenstrahlen, in die Probe einzudringen und Informationen über das Material unter der Oberfläche zu erhalten, machen diese Methode nützlich für die Analyse einzelner oder mehrerer Schichten. 

Die besondere Herausforderung bei der Analyse der hier betrachteten Proben besteht darin, dass sowohl Schicht (Aluminium) als auch Substrat (Silizium) leichte Elemente sind, was eine Messung unter Vakuum erfordert, da ansonsten die Luft im Strahlengang zwischen Probe und Detektor die von der Probe emittierte niederenergetische Strahlung absorbieren würde. Zusätzlich werden bei dieser Anwendung die manuelle und die automatische Analyse mit Auto-Point verglichen. Die Ergebnisse zeigen, dass die Schichtdicke mit Mikro-RFA (M4 TORNADO) genau bestimmt werden kann, was durch den Vergleich mit direkten Messergebnissen an einer Schichtbruchkante im Rasterelektronenmikroskop bestätigt wird.

Stress

Residual Stress Analysis

Investigation of a Polycrystalline Tungsten Coating on Silicon

Most machining steps introduce residual stresses which can affect the performance of manufactured components. Compressive stress can be engineered into a metal coating to resist crack propagation, while tensile stress can be exploited to enhance conductivity in semiconductors. Strained materials exhibit changes in atomic spacing which can be detected by X-ray diffraction (XRD) and related to the stress via elastic constants.