Jedes metallische oder keramische Produkt, unabhängig, ob es das Rad eines Zuges oder eine nur wenige Mikrometer dünne Beschichtung eines Mikrochips ist, weist aufgrund des Herstellungsprozesses innere Spannungen auf, die sogenannten Eigenspannungen. Diese haben einen großen Einfluss auf die Gebrauchseigenschaften dieses Produktes.
Das Material Center Leoben MCL entwickelt seit zwei Jahrzehnten unterschiedliche Untersuchungsmethoden zur Messung der Eigenspannungen in einem breiten Werkstoffspektrum – für Eisen- und Nichteisenlegierungen, Halbleiter, aber auch Keramiken. Eine Überlagerung der fertigungsbedingten Eigenspannungen mit den betriebsbedingten Spannungen kann zu einer Überbeanspruchung des Materials und damit zu Rissen und frühzeitigen Schädigungen führen. Das will das Team am MCL verhindern.
„Für die Bestimmung von Eigenspannungen auf verschiedenen Längenskalen verwenden wir schnitt- und röntgenbasierte Methoden sowie die Rasterelektronen- und Raman-Mikroskopie“ schildert Kerstin Chladil, Materials Service Manager am MCL. Simulationsmodelle am Computer werden ebenso eingesetzt wie die röntgenbasierte Messung von Kristallgittern in Stahl oder das Abtragen nur weniger Nanometer dünner Schichten mit einem Ionenstrahl, die dann im Rasterelektronenmikroskop genau untersucht werden können. Die letzte Methode wird vor allem zur Spannungsmessung in mikroelektronischen Bauteilen angewandt. Raman-Mikroskope, die die Streuung von Licht an Molekülen und Festkörpern nutzen, kommen hingegen bei der Spannungsdiagnose in keramischen Bauteilen zum Einsatz.
„Unabhängig vom Verfahren der Vermessung ist das Wissen über Eigenspannungen technisch unverzichtbar.“ Die korrekte Einschätzung der fertigungsbedingten Eigenspannungen würde eine Optimierung des Herstellungsprozesses und des Materialdesigns ermöglichen, so Chladil. „Damit können die Langlebigkeit und die Ausfallsicherheit von Produkten deutlich verbessert werden.“
Mehr Informationen:
www.mcl.at
MCL als Träger des Kompetenzzentrums IC-MPPE – Integrated Computational Materials, Processes and Product Engineering – wird von den Bundesministerien BMK und BMDW sowie von den Bundesländern Steiermark, Oberösterreich und Tirol im Rahmen von COMET (Competence Centers for Excellent Technologies) gefördert. Die COMET-Förderung wird von der FFG abgewickelt.
Foto: Am MCL werden mit verschiedenen Methoden die Eigenspannungen in Materialien und Bauteilen analysiert.
Fotocredit: MCL
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