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.
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.
Dienstleistungen
- Hochauflösende Bildaufnahmen
- Mikrostrukturanalyse
- Korrosionsuntersuchungen
- Schadensanalyse
- Herkunftsbestimmung von Partikeln
- Fehleranalyse von Beschichtungen
- Oberflächenanalyse
- Materialanalyse
- Schichtdickenmessung
- Bestimmung der Kristallstruktur
- Texturanalyse
- Gefügeuntersuchung
- Korngrenzenanalyse
Gerne erstellen wir Ihnen ein Angebot für eine REM Analyse.
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.
MATERIALANALYSE (EDX, RFA/XRF)
Materialanalysen können mit der energiedispersiven Röntgenspektroskopie (EDX) durchgeführt werden. Damit erfolgt die Bestimmung der chemischen Elemente, deren Konzentration und Verteilung. 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.
Eine weitere Methode für Materialanalysen, insbesondere für sehr geringe Konzentrationen, ist die Röntgen-Fluoreszenz-Analyse (RFA), im Englischen X-RAY Fluorescence Spectroscopy (XRF). Dabei handelt es sich um eine spektroskopische Technik, mit welcher sich die Identitäten und die Konzentrationen von chemischen Elementen bestimmen lassen. Die Nachweisgrenzen sind abhängig von zu bestimmenden Element und liegen im Bereich von ca. 10 ppm. Des Weiteren lassen sich dadurch Schichtdicken von dünnen Beschichtungen im Bereich von 5 nm bis 10 µm bestimmen.
Schichtdickenmessung
Mit dem Rasterelektronenmikroskop (REM), dem Röntgenstrahler (RFA) und dem Röntgenstrahldetektor (EDX) werden präzise Schichtdickenmessungen, entweder am Querschliff oder von der Oberfläche aus durchgeführt:
- Am präparierten Querschliff werden Materialkontrastaufnahmen mit dem BSE Detektor angefertigt in denen die unterschiedlichen Elemente in verschiedener Helligkeiten dargestellt werden. Dann können die jeweiligen Dicken der Beschichtungen ausgemessen werden.
- Am präparierten Querschliff werden Elementanalysen mit der energiedispersiven Röntgenspektroskopie (EDX) als Linienanalysen über den Bereich der Beschichtung durchgeführt. Anhand der Breite der Elementverteilung werden dann die Schichtdicken bestimmt.
oder von der Oberfläche aus:
- Die Röntgenfluoreszenzanalyse eignet sich besonders für dünne Schichten im Mikrometer- und Nanometerbereich. Bei der Schichtdickenmessung mittels RFA wird die Intensität der charakteristischen Röntgenstrahlung der Elemente in der Schicht und im Substrat gemessen. Da die Intensität der Fluoreszenzstrahlung mit der Schichtdicke variiert (weil mehr Material zu mehr Emission führt), kann diese Beziehung zur Bestimmung der Schichtdicke genutzt werden. Bei komplexen Mehrschichtsystemen kann die RFA auch zur Analyse der charakteristischen Strahlung der einzelnen Schichten verwendet werden.
- Bei der energiedispersiven Röntgenspektroskopie (EDX) wird die Beschichtung von der Oberfläche aus über die Tiefe mit verschiedenen Beschleunigungsspannungen “abgerastert” wird. Dies wird für Beschichtungen mit Schichtdicken im Bereich von 5 – 200 nm eingesetzt.
EBSD (Electron Backscatter Diffraction)
EBSD (Electron Backscatter Diffraction) ist eine mikroskopische Analysemethode, die in der Materialwissenschaft und der Geologie eingesetzt wird. EBSD wird typischerweise in Kombination mit einem Rasterelektronenmikroskop (REM) verwendet. Ein Elektronenstrahl trifft auf die Probe und erzeugt Beugungsbilder, die dann analysiert werden, um die oben genannten Informationen zu extrahieren. Diese Methode ist besonders wertvoll in der Metallurgie, Halbleiterindustrie, Keramikforschung und Geologie.