Rasterelektronenmikroskopie
(REM Analyse)
Die Rasterelektronenmikroskopie (REM-Analyse) dient dazu, die Mikrostruktur von Oberflächen mit Hilfe eines Elektronenstrahls sehr fein zu untersuchen und Materialanalysen durchzuführen. Es ermöglicht die genaue Untersuchung von Mikrostrukturen bei hoher Vergrößerung. Die Materialanalyse erfolgt durch Materialkontrastaufnahmen (BSE) sowie durch Röntgenmikroanalyse (EDX) oder Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA, eng. XRF) zur Bestimmung der chemischen Elemente des Materials.
Wir bieten als Steinbeis-Transferzentrum Analysen mittels Rasterelektronenmikroskopie als Dienstleistung an.
Leistungen
- Hochauflösende Oberflächenanalyse
- Materialanalyse
- Beschichtungsanalyse
- Kristallstruktur
- Texturanalyse
- Gefügeuntersuchung
- Korngrenzenanalyse
- Schichtdickenmessung
- Schadensanalyse
Methoden
- Rasterelektronenmikroskopie (REM)
- Energiedispersive Röntgenspektroskopie (EDX)
- Micro-Röntgenfluoreszensanalyse (RFA, XRF)
- Electron Backscatter Diffraction (EBSD)
Gerne erstellen wir Ihnen ein Angebot für eine REM Analyse.
Wozu dient die Rasterelektronenmikroskopie?
Die Rasterelektronenmikroskopie ist eine leistungsstarke Technik, die in vielen Bereichen von großer Bedeutung ist.
- Hochauflösende Bildgebung
- Detailgenaue Bilder: Das REM bietet eine sehr hohe Auflösung, die es ermöglicht, feine Details und Strukturen von Proben bis in den Nanometerbereich sichtbar zu machen. Dies geht weit über die Fähigkeiten von Lichtmikroskopen hinaus.
- Oberflächentopographie: Die Technik liefert detaillierte Informationen über die Oberflächentopographie von Proben, was entscheidend für die Charakterisierung von Materialien ist.
- Elementanalyse
- Energiedispersive Röntgenspektroskopie (EDX): Mittels EDX kann im REM die chemische Zusammensetzung von Proben bestimmt werden. Dies erfolgt, indem die charakteristischen Röntgenstrahlen detektiert werden, die nach Anregung von den Atomen der Probe emittiert werden.
- Mikrobereichsanalyse: Die Technik ermöglicht die Analyse der chemischen Zusammensetzung auf sehr kleinen Skalen, was für die Untersuchung von Materialdefekten, Verunreinigungen und Legierungsverteilungen wichtig ist.
- Materialcharakterisierung
- Defektanalyse: Mittels REM sind Untersuchungen von Materialdefekten wie Rissen, Porositäten und Einschlüssen möglich. Diese beeinflussen die mechanischen Eigenschaften und somit die Lebensdauer von Materialien.
- Fehleranalyse: Die REM-Analyse hilft bei der Analyse von Produktionsfehlern und der Untersuchung von Schadensmechanismen, um Produktionsprozesse zu verbessern und die Zuverlässigkeit von Produkten zu erhöhen.
- Kristallstruktur und Phasenanalyse: Die Rückstreuelektronendiffraktion (EBSD) ermöglicht die Analyse der Kristallstruktur und Phasenzusammensetzung von Materialien auf mikroskopischer Ebene.
Methoden
Mikrostrukturanalyse (REM Analyse)
Bei der Rasterelektronenmikroskopie (REM Analyse) wird die Mikrostruktur einer Oberflächen mit Hilfe eines Elektronenstrahls sehr fein untersucht. Dazu wird ein Primärelektronenstrahl mit Hilfe einer Elektronenkathode zur Beschleunigung zur Anode hin erzeugt. Anschließend wird dieser Elektronenstrahl durch elektromagnetische Linsen auf die Oberfläche des zu untersuchenden Objektes fokussiert und wird zeilenförmig über das darzustellende Objekt gerastert. Die dabei stattfindende Wechselwirkung der Elektronen mit der Oberfläche wird analysiert.
Bruchfläche mit interkristallinen Spaltflächen
Der Sekundärelektronenkontrast (SE) bildet die Oberflächentopografie ab, da die energiearmen Sekundärelektronen aus inelastischen Stößen mit den oberflächennahen Bereichen entstammen. Materialanalysen erfolgen mit dem Materialkontrast (BSE), der durch die Rückstreuelektronen (RE) entsteht, die aus inelastischer als auch elastischer Streuung resultieren, welche den Energiebereich oberhalb der SE abdecken. Die Signalintensität ist dabei von der Ordnungszahl der Elemente abhängig. Schwere Elemente (hohe Ordnungszahl) führen zu einer stärkeren Rückstreuung und erscheinen hell. Die leichteren Elemente (niedrige Ordnungszahl) erscheinen dunkel.
Energiedispersiven Röntgenspektroskopie (EDX)
Mit der energiedispersiven Röntgenspektroskopie (EDX) können die chemischen Elemente, deren Konzentration und Verteilung bestimmt werden. Diese Analysemethode wird in einem breiten Spektrum von Anwendungen eingesetzt. Die EDX Analyse gehört zur Röntgenmikroanalyse und beruht darauf, dass jedes chemische Element eine charakteristische Röntgenstrahlung aussendet, wenn es angeregt wird. Die Anregung erfolgt durch den Primärelektronenstrahl des Rasterelektronenmikroskops. Dabei kommt es durch die Elektronen in der Atomhülle zur Aussendung einer Röntgenstrahlung, deren Spektrum für jedes Element charakteristisch ist. Man unterscheidet Spotanalysen (punktuell), Linienanalysen (line scans) und Flächenanalysen (Elementmapping). Mit einem Mapping wird die Verteilung der chemischen Elemente über eine Fläche ermittelt, wodurch lokale Unterschiede bestimmt werden.
Röntgen-Fluoreszenz-Analyse (RFA)
Die Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA) ist ein spektroskopisches Verfahren zur Identifizierung und quantitativen Bestimmung chemischer Elemente in Feststoffen. Es ermöglicht eine schnelle und präzise Analyse der chemischen Zusammensetzung, wobei die Nachweisgrenzen je nach Element bis in den Bereich von etwa 10 ppm reichen.
Bei der RFA wird die Probe mit Röntgenstrahlung bestrahlt. Die energiereichen Photonen schlagen Elektronen aus den inneren Schalen der Atome heraus. Die entstehenden Elektronenlücken werden durch Elektronen aus äußeren Schalen aufgefüllt, wobei charakteristische Röntgenfluoreszenzstrahlung emittiert wird. Die Energie dieser Strahlung ist elementspezifisch und ermöglicht eine eindeutige Identifikation der vorhandenen Elemente. Ein Detektor erfasst die ausgesandte Fluoreszenzstrahlung und erzeugt ein Spektrum, in dem die Intensität der einzelnen Peaks proportional zur Konzentration der jeweiligen Elemente ist.
Electron Backscatter Diffraction (EBSD)
Die Electron Backscatter Diffraction (EBSD) ist eine mikroskopische Analysemethode, mit der sich die kristallographische Struktur von Materialien untersuchen lässt. Sie wird typischerweise in Kombination mit einem Rasterelektronenmikroskop (REM) eingesetzt und liefert detaillierte Informationen über Kristallorientierungen, Korngrenzen, Phasenverteilungen und Texturen.
Bei der EBSD-Analyse trifft ein fokussierter Elektronenstrahl auf die speziell präparierte Oberfläche der Probe. Dabei entstehen charakteristische Beugungsbilder (EBSD-Muster) aus rückgestreuten Elektronen. Diese werden von einer Detektoreinheit erfasst und ausgewertet. Aus diesen Beugungsmustern lassen sich die kristallographischen Eigenschaften des untersuchten Materials lokal hochauflösend bestimmen.
EBSD ist besonders wertvoll in der Metallurgie, der Halbleiter- und Keramikforschung sowie in der Geologie. Die Methode ermöglicht ein tiefgehendes Verständnis von Gefügestrukturen und Verformungsmechanismen und unterstützt somit die Werkstoffentwicklung, Prozessoptimierung und Schadensanalyse.