SCHICHTDICKENMESSUNG WIKI
Schichtdickenmessung
Die Schichtdickenmessung dient dazu die Stärke von Beschichtungen auf Bauteilen zu bestimmen. Je nach Schichtdicke sowie Art der Beschichtung und Substratwerkstoff kommen dazu unterschiedliche Verfahren zum Einsatz. Wir bestimmen als Steinbeis-Transferzentrum Schichtdicken von Einzelschichten und Mehrschichtsystemen als Dienstleistung, vom Nanometer- bis zum Mikrometerbereich als Dienstleistung. Verfahrensabhängig erfolgt die Schichtdickenmessung oftmals zerstörungsfrei und berührungslos. Die Schichtdicke ist ein wichtiges Merkmal, denn stimmt diese nicht, kann es zum Bauteilversagen kommen.
Als Steinbeis Transferzentrum an einer Hochschule verfügen wir über die theoretischen Hintergründe der Verfahren und kombinieren diese mit der Handlungskompetenz eines Unternehmens.
Beschichtungsarten
- PVD-Schichten
- CVD-Schichten
- Metallschichten
- Galvanische Schichten
- Chemische Schichten
- Polymerschichten
- Lackschichten
- Dekorschichten
- Oxidschichten
- Antireflexionsschichten
- Dünnschichten
- Transparente Schichten
- Ölfilme
- Nassfilme
Verfahren zur Bestimmung der Schichtdicke ?
- Kalottenschliff-Methode
- Querschliff-Methode
- Optische Schichtdickenmessung
- Spektroskopische Reflektometrie
- Energiedispersive Röntgenspektroskopie (EDX)
- Magnetinduktives Verfahren
- Wirbelstromverfahren
- Stufenhöhenmessung
- Photothermische Schichtdickenmessung
Schichtdicken messen – Verfahren
Kalottenschliff-Methode
Der Kalottenschliff ist ein Verfahren für die Schichtdickenmessung von Hartstoffschichten. Hierbei wird mit einer Stahlkugel und einer Schleifsuspension eine Kalotte auf der zu prüfenden Beschichtung eingeschliffen und anschließend anhand der mikroskopischen Messung der Kalotte die Schichtdicke berechnet. Damit lassen sich die Schichtstärken von Einzelschichten- und Mehrlagenschichtsysteme ermitteln. Da die Schichtdicke relativ klein im Verhältnis zum Kugeldurchmesser ist, erfolgt das Anschleifen der Beschichtung unter einem flachen Winkel, wodurch die Größe der Schichtdicke vergrößert wird. Diese Schichtverbreiterung erhöht die Genauigkeit der mikroskopischen Bestimmung der geringen Schichtdicke, die üblicherweise mit einem Auflichtmikroskop erfolgt.
Querschliff Methode
Querschliff-Methode
Mit der Querschliffmethode können Schichtdicken an vielfältigen Arten von Beschichtungen präzise bestimmt werden. Dazu wird die Probe an der zu untersuchenden Stelle mit einem Präzisionstrennschleifer getrennt und anschließend der Querschnitt geschliffen und poliert. Anschließend wird die Schichtdicke mikroskopisch ausgemessen. Damit lassen sich Aussagen zur Gleichmäßigkeit der Schichtdickenverteilung erzielen und die Beschichtung hinsichtlich Fehler bewerten. Das Verfahren der mikroskopischen Schichtdickenmessung am Querschliff ermöglicht die Bestimmung der Schichtstärke an nahezu allen Beschichtungen, so dass damit auch beispielsweise Schichtdicken von Galvanik- und Lackschichten auf Kunststoffen ermittelt werden können.
Schichtdickenmessung mittels REM am Querschliff
Gerne erstellen wir Ihnen ein Angebot für Schichtdickenmessungen.
Optische Schichtdickenmessung
Die zerstörungsfreien Messung von lichtdurchlässigen Schichten erfolgt durch Messgeräte, welche die Schichtdicke optisch bestimmen. Mit dieser werden die Schichtstärken von sehr dünnen Antireflexionsschichten, Oxidschichten, transparenten Schutzlacken, Ölfilmen und Nassfilmen bestimmt. Mit der optischen Schichtdickenmessung werden auch die Stärken von transparenten Folien bestimmt. Die optische Schichtdickenmessung nutzt die Eigenschaft, dass beim Auftreffen von Licht auf eine Grenzfläche zwischen zwei Medien mit unterschiedlichem Brechungsindex ein Teil der Strahlung reflektiert und ein anderer transmittiert wird.
Optische Schichtdickenmessung
Energiedispersiven Röntgenspektroskopie (EDX)
Mit der energiedispersiven Röntgenspektroskopie (EDX) werden zerstörungsfeie Schichtdickenmessungen von Beschichtungen im Nanometerbereich durchgeführt. Das Bauteil mit der Beschichtung wird dafür mit verschiedenen Beschleunigungsspannungen über die Tiefe “abgerastert”. Je höher die Beschleunigungsspannung ist desto tiefer dringt der Elektronenstrahl in die Probe ein. Das heißt für die EDX Analyse – bei geringer Beschleunigungsspannung erhält man hauptsächlich Röntgenelektronen von der obersten Schicht, da der Strahl kaum in die Tiefe geht. Je höher die Beschleunigungsspannung desto tiefer dringt der Strahl in die Probe und desto mehr Röntgenelektronen kommen aus den tiefer gelegenen Schichten. Für jede EDX Messung wird für jedes Element über die erhaltene Konzentration ein sogenannter K-Wert bestimmt und darüber wird die Schichtdicke berechnet.
Magnetinduktives Verfahren
Für die Schichtdickenmessung von Beschichtungen auf Eisen bzw. Stahl (ferromagnetischer Grundwerkstoff) kommen Schichtdickenmessgeräte zum Einsatz, die nach dem magnetinduktiven Verfahren arbeiten. Diese haben eine Messsonde und arbeiten zerstörungsfrei. Die zu messenden Schichten müssen unmagnetisch sein, z. B. Farben, Lacke, Kunststoffe, Aluminium, Chrom, Kupfer, Messing, Zinn, Zink. Beim magnetinduktiven Verfahren entsprechen Aufbau der Messsonde und Messdurchführung dem Wirbelstromverfahren, allerdings mit deutlichen niedrigeren Frequenzen. In das durch die Erregerspule erzeugte Magnetfeld wird die zu untersuchende Probe gebracht, wodurch sich die Induktionsspannung in der Messspule ändert und somit die Schichtdicke messbar ist.
Wirbelstromverfahren
Die Schichtdickenmessung auf nicht ferromagnetischem Grundwerkstoff (z.B. Aluminium, Kupfer, Bronze, Messing, Zinn, Zink) erfolgt mit Schichtdickenmessgeräten, die nach dem Wirbelstrom-Verfahren arbeiten. Diese haben verschiedene Messsonden und arbeiten zerstörungsfrei. Die zu messenden Schichten müssen elektrisch isolierend sein, z. B. Lacke, Farben, Kunststoffe, Eloxalschichten. Beim Wirbelstromverfahren wird üblicherweise eine als Messsonde in einem Gehäuse gekapselte Spule mit hochfrequentem Wechselstrom beaufschlagt. Für das Wirbelstromverfahren nutzt man den Effekt, dass die Spuleninduktivität im Bereich geringer Abstände zwischen der Spule und dem metallischen Untergrund mit zunehmendem Abstand abnimmt.
Stufenhöhenmessung
Zur Bestimmung der Schichtdicke über eine Stufenhöhenmessung dient ein taktiles Messgerät (Profilometrie), optische Messgeräte (Konfokalmikroskop, Weißlichtinterferometer) oder ein Rasterkraftmikroskop (AFM). Mit diesen wird eine Konturmessung über die Grenze zwischen beschichtetem und unbeschichtetem Bereich durchgeführt und anschließend über den mittleren Höhenunterschied die Schichtdicke berechnet. Der Vorteil des Verfahrens ist, dass keine besonderen Kenntnisse über die Materialen der Beschichtung und des Grundwerkstoffes erforderlich sind.
Zur Erzeugung einer Stufe wird ein Referenzplättchen mit in den Beschichtungsprozess gegeben und dieses teilweise mit einem rückstandsfrei ablösbaren Klebeband maskiert. Dies ermöglicht es eine möglichst gute Kante zwischen beschichtetem und unbeschichtetem Bereich zu erzeugen.
Stufenhöhenmessung
Photothermische Schichtdickenmessung
Mit der Photothermischen Schichtdickenmessung erfolgt die Schichtdickenmessung zerstörungsfrei. Die Schichtdicke kann hierbei nicht nur an einzelnen Stellen sondern über eine Fläche gemessen werden, so dass lokale Unterschiede sichtbar werden. Diese Art der Schichtdickenmessung funktioniert auch auf Substraten, wo die konventionellen Verfahren nicht anwendbar sind, wie z.B. Keramik, Glas, porösen Schichten.