Werkstoff-Charakterisierung

Grundvoraussetzung für eine erfolgreiche Technologieentwicklung in den Bearbeitungsverfahren ist eine detaillierte Analyse der Bearbeitungsergebnisse sowie eine umfassende Charakterisierung der Ausgangsvoraussetzungen und werkstofflichen  Zusammenhänge. Alle Institute des Fraunhofer-Verbunds Light & Surfaces verfügen hierzu über geeignete Messmethoden und werkstoffliche Untersuchungsmethoden.

Dünnschichtcharakterisierung

Für die Dünnschichtcharakterisierung verfügen die Fraunhofer-Institute Fraunhofer IST, Fraunhofer IWS und Fraunhofer FEP über eine breite Palette an Verfahren zur Werkstoffcharakterisierung, z.B. zur chemischen Analyse von Materialien (ortsaufgelöst, tiefenaufgelöst, oberflächennah oder gemittelt). Dazu gehören die Röntgenspektroskopie (EDX/WDX/EPMA), die Sekundärionen-Massenspektroskopie (SIMS), Photoelektronenspektroskopie (XPS) und die Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA/XRF). Kristalline Materialien können zudem mittels Röntgenbeugung (XRD) untersucht werden. Darüber hinaus stehen diverse Mikroskope zur Oberflächenabbildung zur Verfügung z.B. konfokale Lasermikroskopie (CLM), Rasterkraftmikroskopie (AFM) und Rasterelektronenmikroskopie (REM) mit Focused Ion Beam (FIB).

Materialanalyse

Daneben gibt es eine Vielzahl anwendungsbezogener Prüfverfahren zur Charakterisierung von Materialeigenschaften wie z.B. Härte, Reibung, Verschleiß, Korrosion, oder Ermüdungsverhalten. Auch für viele optische Eigenschaften stehen Verfahren wie Spektroskopie, Ellipsometrie, Farb- oder Streulichtmessungen zur Verfügung.

Zur Technologieentwicklung und Qualitätsbewertung stehen im Fraunhofer IWS und Fraunhofer ILT eine moderne Geräteausstattung für mechanisch-technologische Prüfungen, Metallographie, Licht- und Elektronenmikroskopie sowie Mikroanalytik zur Verfügung. Langjährige Erfahrungen bestehen besonders bei der Charakterisierung randschichtbehandelter und geschweißter Proben und Bauteile aus metallischen Werkstoffen sowie bei der Analyse von Schichten, Schichtsystemen, Nanopartikel und Nanotubes.

Neben den stofflichen Untersuchungen können an den Instituten funktionale Untersuchungen an Bauteilen durchgeführt werden. Das Angebot reicht insgesamt von der Bestimmung mechanischer Kennwerte von Werkstoffen und Werkstoffverbunden, über die Ermittlung von Kennlinien zur Bewertung der Schwingfestigkeit und hier insbesondere die zeitverkürzte Ermüdungsprüfung bei hohen Prüffrequenzen bis hin zur hochauflösenden, abbildenden und analytischen Charakterisierung von lasermodifizierten Randzonen, Fügegrenzflächen, Dünnschichtsystemen, Nanotubes und Nanopartikeln.

Das Fraunhofer FEP verfügt über vielfältige Methoden zur Werkstoff-Charakterisierung von dünnen Schichten und Oberflächen. Die Methoden und die umfangreichen analytischen Erfahrungen unserer Mitarbeiter stehen für die Produkt- und Technologieentwicklungen zur Verfügung. Typische Anwendungsfelder sind Schichten für Optik, Sensorik, Displays, Photovoltaik, Verpackung oder Korrosions- und Verschleißschutz.

Für die Analyse von Struktur und Gefüge stehen höchstauflösende Systeme zur Verfügung, wie z.B.:

• FE-Rasterelektronenmikroskopie

• Ionenpräparation von Querschnitten

• Metallographische Präparationstechnik

Die Analyse von Topographie, Oberfläche, Schichtdicke erfolgt mittels:

• Rasterkraftmikroskopie

• Profilometrie

• Calotests

• Kontaktwinkel

Für das hermetische Packaging z.B. für OLED-Module stehen Permeationsbarrieremessungen zur Messung der Wasserdampfdurchlässigkeit und Sauerstoffdurchlässigkeit zur Verfügung.

Die Analyse optischer, mechanischer und elektrischer Eigenschaften erfolgt im Hinblick auf:

• Härte- und Elastizitätsmodul

• Schichtspannungen

• Haftfestigkeit

• Abriebbeständigkeit

• I-U Kennlinienmessung von Solarzellen

• Quanteneffizienzmessung

• Hell- und Dunkelleitfähigkeit

• Vierspitzenmessplatz

Darüber hinaus werden an den Instituten Korrosions- und Klimatests mittels Korrosionsprüfsystemen und Klimakammern durchgeführt.