Oberflächen & Beschichtungen

In mehrlagigen Beschichtungen übernehmen oft einzelne Schichten unterschiedliche Funktionen wie z.B. Schutz vor mechanischen Belastungen, Korrosionsschutz, Klebeschichten, etc. Daher ist ein homogener Schichtaufbau ohne Defekte, Einschlüsse, etc. für die Qualität und Funktionalität des Produkts häufig maßgeblich. OCT (Optische Kohärenztomographie) beispielsweise ermöglich es, wie hier am Beispiel von beschichtetem Papier gezeigt, die Dicke von Beschichtungen hochgenau zu vermessen (auch bei mehrlagigen Beschichtungen).

In einer Forschungskooperation gemeinsam mit dem Institute of Biomedical Mechatronics  (Johannes Kepler Universität, Linz) gelang es, die Struktur der Haut der texanischen Krötenechse künstlich nachzubauen, deren einzigartige Struktur kondensiertes Wasser zum Mund des Tieres leitet. Wesentlich für diesen Erfolg war die erfolgreiche Anwendung von OCT als Instrument zur Abbildung und Charakterisierung der Oberfläche, um das Verständnis der Funktionalität der Oberfläche zu ermöglichen. Anwendungen für ähnliche "funktionalisierte Oberflächen" sind „Lab-on-chip“-Applikationen, Wundauflagen, Gewebefasern oder aber die Verteilung von Schmiermitteln auf Gleitlagern.

Mit Laser-Ultraschall kann die frequenzabhängige Geschwindigkeit von akustischen Oberflächenwellen in einer Schicht gemessen werden. Die Daten können ausgewertet werden, um die Schichteigenschaften, zum Beispiel die Schichtdicke, zu bestimmen. Mit unseren Systemen sind wir in der Lage, SAW-Dispersionskurven bis zu 1 GHz zu messen, wodurch wir Schichten von 500 nm bis zu mehreren mm Dicke charakterisieren können. Die Abbildungen zeigen ein Kernmaterial (rot) mit einer darüber liegenden oszillierenden Schicht (blau) bei von Fall 1 bis 4 ansteigenden Frequenzen einer geführten Wellenmode, wobei die Eindringtiefe des Verschiebungsfeldes abnimmt, bis nur noch das Schichtmaterial die Wellenausbreitung beeinflusst (4). So können je nach Geometrie und elastischen Eigenschaften des zu untersuchenden Schichtmaterials die entsprechenden Parameter der Messung gewählt werden.
Die Untersuchung von Schichtstrukturen mit höherer Komplexität (z.B. Multilayer oder graduelle Schichten) ist durch Anpassung der theoretischen Modelle zur Berechnung der Dispersionskurven möglich.

Oft werden metallische Teile mit dielektrischen Beschichtungen versehen um deren Betriebseigenschaften (z.B. bzgl. Tribologie) zu optimieren.
Mittels Terahertz-Technologie (THz) ist eine inline-fähige Vermessung derartiger Beschichtungen sehr effizient möglich.

Die OCT (Optische Kohärenztomographie) ermöglicht Einblicke in fast alle gängigen, in der Industrie verwendeten Kunststoffe. Als tomographisches Messverfahren liefert sie Daten der inneren Struktur um Fehlstellen, Defekte, Einschlüsse, Poren, etc. zu finden und zu charakterisieren. Damit kann nicht nur die Qualität und Funktionalität der Kunststoffprodukte kontrolliert werden, die Technologie liefert auch die relevanten Informationen um den Herstellprozess besser zu verstehen und optimieren zu können.

Die Charakterisierung von Dünnschichtstrukturen kann auch durch amplitudenmodulierten Laser-Ultraschall sehr effizient erfolgen. Dabei werden durch einen Laserpuls hochfrequente Ultraschallwellen (SAW) bis zu 1 GHz angeregt, und aus der Analyse des Dispersionsverhaltens das Schichtsystem charakterisiert. Fragen Sie unsere LUS-Experten!

Mittels Laserbasierten Verfahren können Oberflächen für unterschiedlichste Zwecke strukturiert werden. Die OCT-Technologie (Optische Kohärenztomographie) kann perfekt dazu eingesetzt werden, derartige Strukturen im Mikrometerbereich abzubilden (wie z.B. die hier gezeigten mikroskopischen Laserbohrlöcher) und zu vermessen - ggf. auch online und in Echtzeit während der Bearbeitung.

Wie hier am Beispiel einer Münze gezeigt, kann die Topographie oder Rauheit (Parameter vgl. ISO 25178) einer Probe sehr einfach mittels Optischer Kohärenztomographie (OCT) bestimmt werden. Der große Vorteil von OCT gegenüber anderen Methoden ist dabei die Möglichkeit auch steile Flanken zu vermessen. Die Genauigkeit bei der Vermessung von Höhenprofilen liegt dabei unter 1 Mikrometer.

In Lackschichten (oder ähnlichen Beschichtungen) übernehmen häufig eingebettete Partikel (unterschiedlichster Materialien) wesentliche Aufgaben für die Funktionalisierung der Schicht – oder einfach nur für die perfekte Optik einer Automobil-Metallic-Lackierung. Mit der kostengünstigen OCT-Methode können wir die Partikeleinbettung überwachen und charakterisieren und somit helfen, die Produktionsprozesse abzusichern und optimiert zu regeln.

Wollen Sie auf Mikrometer genau wissen, wie die örtliche Verteilung von chemischen Bestandteilen in Ihren Produkten aussieht? Mit Infrarot-Mikroskopie im mittleren Infrarot können wir Materialien und Schnittproben mit einer Ortsauflösung von bis zu 5 µm chemisch charakterisieren und z.B. Rückstände oder Einschlüsse vermessen.

Die Bestimmung der Einhärtetiefe in Stahl von thermisch (z.B. induktiv) behandelten Bauteilen ist für die Qualitätskontrolle wesentlich. State-of-the-Art ist es, an den aufgeschnittenen Proben Ätzungen bzw. Härtemessungen durchzuführen. Laser-Ultraschall bietet hier eine zerstörungsfreie Alternative. Damit können Zonen verschiedener Mikrostrukturen an beliebigen Positionen dargestellt werden bis hin zur Tomographie der Einhärtetiefe.