Hier werden die Unterschiede zwischen zwei Versionen gezeigt.
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schichtdickenmessung [25.06.2010 07:17] Yamm Bild eingefügt. |
schichtdickenmessung [29.06.2010 04:33] (aktuell) Yamm Bilder eingefügt |
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| ====== Verfahren zur Schichtdickenmessung und Werkstoffprüfung ====== | ====== Verfahren zur Schichtdickenmessung und Werkstoffprüfung ====== | ||
| - | ===== Schichtdickenmessung ===== | + | Schichtdickenmessung Allgemein |
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| - | Allgemeines: | + | |
| Die Kenntnis der Schichtdicke ist sowohl für die technischen Eigenschaften des Werkstückes, als auch zur Berechnung der Herstellkosten des Werkstückes von großer Bedeutung. Somit ist selbstverständlich, dass eine Messung dieser Schichtdicke bei der Erstellung von beschichteten Werkstücken erforderlich ist. | Die Kenntnis der Schichtdicke ist sowohl für die technischen Eigenschaften des Werkstückes, als auch zur Berechnung der Herstellkosten des Werkstückes von großer Bedeutung. Somit ist selbstverständlich, dass eine Messung dieser Schichtdicke bei der Erstellung von beschichteten Werkstücken erforderlich ist. | ||
| Je nach Material des Schichtwerkstoffes und des Grundwerkstoffes sind die einzelnen Verfahren geeignet, die Schichtdicken zu messen. | Je nach Material des Schichtwerkstoffes und des Grundwerkstoffes sind die einzelnen Verfahren geeignet, die Schichtdicken zu messen. | ||
| - | ===== Zerstörende Messverfahren ===== | + | ====== Zerstörende Messverfahren ====== |
| - | ==== Elektrochemisches oder coulometrisches Verfahren ==== | + | ===== Elektrochemisches oder coulometrisches Verfahren ===== |
| - | Nach diesem Verfahren wird das Flächengewicht einer metallischen Schicht durch örtliches anodisches Ablösen der Schicht bestimmt. Die zu messende Schicht wird durch Aufsetzen einer geeigneten Eletrolysezelle durchgeführt. Diese Elektrolysezelle oder Messzelle ist mit einem für die Ablösung dieser Schicht speziell geeigneten Elektrolyten gefüllt und die Kathode wird von einem konstanten Strom durchflossen. Die Schicht als Anode geschaltet wird abgelöst und bei konstanter Stromdichte und konstanter Ablösefläche ist die Schichtdicke des abgelösten Werkstoffes proportional der Ablösezeit. | + | {{ :album:labor:couloscope-cms.jpg?200x150|}}Nach diesem Verfahren wird das Flächengewicht einer metallischen Schicht durch örtliches anodisches Ablösen der Schicht bestimmt. Die zu messende Schicht wird durch Aufsetzen einer geeigneten Eletrolysezelle durchgeführt. Diese Elektrolysezelle oder Messzelle ist mit einem für die Ablösung dieser Schicht speziell geeigneten Elektrolyten gefüllt und die Kathode wird von einem konstanten Strom durchflossen. Die Schicht als Anode geschaltet wird abgelöst und bei konstanter Stromdichte und konstanter Ablösefläche ist die Schichtdicke des abgelösten Werkstoffes proportional der Ablösezeit. |
| Einsetzbar ist dieses Verfahren vor allem zur Bestimmung von elektrisch leitenden Schichten auf einem elektrisch leitenden Grundwerkstoff. In der Regel lassen sich bei diesem Messvorgang Schichtdicken der Größenordung von 0,1 µm bis ca. 50 µm ermitteln. | Einsetzbar ist dieses Verfahren vor allem zur Bestimmung von elektrisch leitenden Schichten auf einem elektrisch leitenden Grundwerkstoff. In der Regel lassen sich bei diesem Messvorgang Schichtdicken der Größenordung von 0,1 µm bis ca. 50 µm ermitteln. | ||
| - | ===== Zerstörungsfreie Messverfahren ===== | + | ====== Zerstörungsfreie Messverfahren ====== |
| - | ==== Elektromagnetische Verfahren ==== | + | ===== Elektromagnetische Verfahren ===== |
| Magnetinduktives- und Wirbelstromverfahren haben gemeinsam, dass eine Messsonde direkt auf die Oberfläche des Messgegenstandes aufgesetzt wird. | Magnetinduktives- und Wirbelstromverfahren haben gemeinsam, dass eine Messsonde direkt auf die Oberfläche des Messgegenstandes aufgesetzt wird. | ||
| - | ==== Magnetinduktives Verfahren ==== | + | ===== Magnetinduktives Verfahren ===== |
| Beim magnetinduktiven Verfahren wird die Dicke einer nichtmagnetischen Schicht auf einem magnetischen Grundwerkstoff bestimmt. Auch der umgekehrte Fall, die Bestimmung einer magnetischen Schicht auf einem nichtmagnetischen Grundwerkstoff ist möglich z.B. Bestimmung einer Nickelschicht auf Kupfer. | Beim magnetinduktiven Verfahren wird die Dicke einer nichtmagnetischen Schicht auf einem magnetischen Grundwerkstoff bestimmt. Auch der umgekehrte Fall, die Bestimmung einer magnetischen Schicht auf einem nichtmagnetischen Grundwerkstoff ist möglich z.B. Bestimmung einer Nickelschicht auf Kupfer. | ||
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| Je nach Sonde erstreckt sich der Messbereich von wenigen µm bis zu etwa 50 mm. | Je nach Sonde erstreckt sich der Messbereich von wenigen µm bis zu etwa 50 mm. | ||
| - | ==== Schichtdickenmessung nach dem Wirbelstromprinzip ==== | + | ===== Schichtdickenmessung nach dem Wirbelstromprinzip ===== |
| Die Schichtdickenmessung nach dem Wirbelstromprinzip hat sehr viele Ähnlichkeiten mit der Schichtdickenmessung nach dem magnetinduktiven Prinzip sowie ähnliche Vor- und Nachteile. Mit diesem Messprinzip lässt sich die Schichtdicke einer elektrischen nichtleitenden Schicht auf einem elektrischen Leiter z.B. Lack auf Aluminium die Dicke einer elektrisch leitenden Schicht auf einem elektrisch nichtleitenden Grundwerkstoff z.B. Kupferschicht auf Epoxidharz messen. Durch die geeignete Wahl der Sonde lassen sich auch hier Dicken von wenigen µm bis 50 mm messen. | Die Schichtdickenmessung nach dem Wirbelstromprinzip hat sehr viele Ähnlichkeiten mit der Schichtdickenmessung nach dem magnetinduktiven Prinzip sowie ähnliche Vor- und Nachteile. Mit diesem Messprinzip lässt sich die Schichtdicke einer elektrischen nichtleitenden Schicht auf einem elektrischen Leiter z.B. Lack auf Aluminium die Dicke einer elektrisch leitenden Schicht auf einem elektrisch nichtleitenden Grundwerkstoff z.B. Kupferschicht auf Epoxidharz messen. Durch die geeignete Wahl der Sonde lassen sich auch hier Dicken von wenigen µm bis 50 mm messen. | ||
| - | ==== Radiometrisches Verfahren ==== | + | ===== Radiometrisches Verfahren ===== |
| Dieses Verfahren hat in letzter Zeit an Bedeutung gewonnen. Der Grund ist die hohe Meßgenauigkeit, die problemlose Durchführung der Messung und die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten. | Dieses Verfahren hat in letzter Zeit an Bedeutung gewonnen. Der Grund ist die hohe Meßgenauigkeit, die problemlose Durchführung der Messung und die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten. | ||
| - | ==== Betarückstreuverfahren ==== | + | ===== Betarückstreuverfahren ===== |
| {{ :album:labor:schichtdickenmessung.jpg?200x150|}}Ein Messgegenstand wird mit Elektronen bestrahlt, die von einer Betaquelle ausgesandt werden. Diese Elektronen dringen in den Messgegenstand ein und werden sowohl vom Schichtmaterial als auch vom Material des Grundwerkstoffes zurück gestreut. Das Eindringvermögen dieser Elektronen ist sehr gering (wenige µm), so dass mit diesem Verfahren dünne Schichten gemessen werden können. Die vom Messgegenstand zurückgestreuten Elektronen werden mit einem Detektor registriert. Materialien unterschiedlicher Ordnungszahl, haben die Eigenschaft die Elektronen verschieden stark zurückzustreuen. Materialien niederer Ordnungszahl streuen die Elektronen wesentlich weniger zurück als Materialien hoher Ordnungszahl. Von einem Messgegenstand aus, einem Grundmaterial Nickel oder Kupfer und einer 1 µm dicken Goldschicht werden die Elektronen sowohl vom Grundwerkstoff als auch vom Schichtwerkstoff zurückgestreut. Nimmt die Goldschichtdicke zu, so nimmt die Rückstreurate ab. Die Änderung der Anzahl der zurückgestreuten Elektronen ist somit ein Maß für die Schichtdicke. | {{ :album:labor:schichtdickenmessung.jpg?200x150|}}Ein Messgegenstand wird mit Elektronen bestrahlt, die von einer Betaquelle ausgesandt werden. Diese Elektronen dringen in den Messgegenstand ein und werden sowohl vom Schichtmaterial als auch vom Material des Grundwerkstoffes zurück gestreut. Das Eindringvermögen dieser Elektronen ist sehr gering (wenige µm), so dass mit diesem Verfahren dünne Schichten gemessen werden können. Die vom Messgegenstand zurückgestreuten Elektronen werden mit einem Detektor registriert. Materialien unterschiedlicher Ordnungszahl, haben die Eigenschaft die Elektronen verschieden stark zurückzustreuen. Materialien niederer Ordnungszahl streuen die Elektronen wesentlich weniger zurück als Materialien hoher Ordnungszahl. Von einem Messgegenstand aus, einem Grundmaterial Nickel oder Kupfer und einer 1 µm dicken Goldschicht werden die Elektronen sowohl vom Grundwerkstoff als auch vom Schichtwerkstoff zurückgestreut. Nimmt die Goldschichtdicke zu, so nimmt die Rückstreurate ab. Die Änderung der Anzahl der zurückgestreuten Elektronen ist somit ein Maß für die Schichtdicke. | ||
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| Mit diesem Messverfahren können Schichtwerkstoffe auf Grundmaterialien gemessen werden z.B. Messung von Goldschichten auf Nickel oder Kupfer, Kupfer auf Epoxid sowie Photolacke oder ähnliches auf metallischem Grundwerkstoff. | Mit diesem Messverfahren können Schichtwerkstoffe auf Grundmaterialien gemessen werden z.B. Messung von Goldschichten auf Nickel oder Kupfer, Kupfer auf Epoxid sowie Photolacke oder ähnliches auf metallischem Grundwerkstoff. | ||
| - | ==== Röntgenfloureszenz Verfahren ==== | + | ===== Röntgenfloureszenz Verfahren ===== |
| - | In letzter Zeit wurde das Röntgenfloureszenz-Verfahren in sehr starkem Maße für die Schichtdickenmessung herangezogen. Ferner ist die Messgenauigkeit, mit der ein Schichtdickenwert bestimmt werden kann, extrem hoch, z.B. 10 bis 100 mal genauer als die Messung eines Schichtdickenwertes nach dem magnetinduktiven Verfahren. | + | {{ :album:labor:xdv-sd_2.jpg?200x150|}}In letzter Zeit wurde das Röntgenfloureszenz-Verfahren in sehr starkem Maße für die Schichtdickenmessung herangezogen. Ferner ist die Messgenauigkeit, mit der ein Schichtdickenwert bestimmt werden kann, extrem hoch, z.B. 10 bis 100 mal genauer als die Messung eines Schichtdickenwertes nach dem magnetinduktiven Verfahren. |
| Ein Messgegenstand wird mit einer Röntgenstrahlung bestrahlt, diese Röntgenstrahlung wird mit einem Kollimatorsystem so ausgeblendet, dass nur auf einem ganz genau definierten Punkt des Meßgegenstandes diese Strahlung auf trifft. Diese Röntenstrahlung erzeugt in dem Messgegenstand sowohl im Schichtmaterial als auch im Material des Grundwerkstoffes eine charakteristische Eigenstrahlung des Materials. Es ist natürlich auch möglich, beim Vorhandensein einer Zwischenschicht zwischen Deckschicht und Grundwerkstoff auch die Strahlung der Zwischenschicht nachzuweisen. | Ein Messgegenstand wird mit einer Röntgenstrahlung bestrahlt, diese Röntgenstrahlung wird mit einem Kollimatorsystem so ausgeblendet, dass nur auf einem ganz genau definierten Punkt des Meßgegenstandes diese Strahlung auf trifft. Diese Röntenstrahlung erzeugt in dem Messgegenstand sowohl im Schichtmaterial als auch im Material des Grundwerkstoffes eine charakteristische Eigenstrahlung des Materials. Es ist natürlich auch möglich, beim Vorhandensein einer Zwischenschicht zwischen Deckschicht und Grundwerkstoff auch die Strahlung der Zwischenschicht nachzuweisen. | ||
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| Röntgenstrahlung ist eine elektromagnetische Strahlung wie das sichtbare Licht. Ihre Energie ist jedoch ca. 5000 mal höher als die Energie des sichtbaren Lichtes. | Röntgenstrahlung ist eine elektromagnetische Strahlung wie das sichtbare Licht. Ihre Energie ist jedoch ca. 5000 mal höher als die Energie des sichtbaren Lichtes. | ||
| - | Ein Atom besteht aus einem Atomkern und den Elektronen, die den Atomkern umgeben. Die Anzahl der Elektronen ist ebenso groß wie die Anzahl der Protonen, welche die positive Ladung tragen und sich im Atomkern befinden. Das Atom ist nach außen hin elektisch neutral. Die Atomelektronen umkreisen den Atomkern in ganz bestimmten Bahnen oder Schalen. Möchte man ein Elektron von einem Atom entfernen, so muss Energie aufgewandt werden. Diese Energie ist umso größer, je näher das Elektron sich dem Atomkern befindet d.h. Den größten Energiebetrag benötigt man, um Elektronen aus der innersten Schale vom Atom zu entfernen. | + | {{ :album:labor:plakat-rfa.jpg?200x150|}}Ein Atom besteht aus einem Atomkern und den Elektronen, die den Atomkern umgeben. Die Anzahl der Elektronen ist ebenso groß wie die Anzahl der Protonen, welche die positive Ladung tragen und sich im Atomkern befinden. Das Atom ist nach außen hin elektisch neutral. Die Atomelektronen umkreisen den Atomkern in ganz bestimmten Bahnen oder Schalen. Möchte man ein Elektron von einem Atom entfernen, so muss Energie aufgewandt werden. Diese Energie ist umso größer, je näher das Elektron sich dem Atomkern befindet d.h. Den größten Energiebetrag benötigt man, um Elektronen aus der innersten Schale vom Atom zu entfernen. |
| Wird nun ein Elektron aus einer Schale entfernt, z.B. aus der innersten Schale, so kann spontan ein Elektron aus einem anderen Energiezustand in diese Stelle übergehen. Die Energiedifferenz, welche dabei frei wird, kann als Röntgenstrahlung ausgesandt werden. | Wird nun ein Elektron aus einer Schale entfernt, z.B. aus der innersten Schale, so kann spontan ein Elektron aus einem anderen Energiezustand in diese Stelle übergehen. Die Energiedifferenz, welche dabei frei wird, kann als Röntgenstrahlung ausgesandt werden. | ||