Labor für Oberflächentechnik
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Dieses Bild zeigt eine Collage aus verschiedenen Fotografien und Grafiken, die typische Messgeräte, Analyseverfahren und Auswertungen aus der Materialforschung und Oberflächenanalyse darstellen. Zu sehen sind unter anderem Laborgeräte, Messaufbauten, grafische Auswertungen von Messergebnissen sowie Diagramme und Oberflächenprofile. Die Collage vermittelt einen umfassenden Eindruck von der Vielfalt der in der modernen Werkstofftechnik eingesetzten Methoden, darunter Kontaktwinkelmessung, Topographiemessung, Schichtdickenbestimmung und Oberflächenstruktur-Analyse.
- Atmosphärenplasmaanlagen
- Kontaktwinkelmessgerät
- Testtinten
- Oberflächenmessgerät
- Ellipsometer
- Handbeflammungsgerät
- Gitterschnittprüfer
- Schichtdickenmessgeräte
- Dornbiegeprüfgerät
Verfügbare Geräte in den Werkstofflaboren
- Lichtmikroskope
- Rasterelektronenmikroskop mit EDX
- Röntgenfluoreszenz-spektrometer
- Funkenspektrometer
- Tribologiemessplätze
- Härtemessung (speziell Mikrohärte)
- Infrarotspektrometer (ATR)
- Zug- und Druckprüfmaschinen
- Farb- und Trasmissionsmessgerät
- Suntester
Atmosphärenplasmaanlagen zur Oberflächenbehandlung wie Aktivierung, Feinstreinigung, Dekontamination und Beschichtung. Die verschiedenen Anlagen unterscheiden sich u.a. in ihrer Leistung (von 8 Watt bis zu 600 Watt), dem zugeführten Prozessgas (Druckluft, Sauerstoff, Argon) und der Temperatur des Plasmastrahls (von 40 °C bis zu 200 °C).
Plasmajet T-Spot S2 und CAT 600 mit einer Leistung von 250 bis 500 Watt bzw. 600 Watt.
PlasmaBeam mit einer Leistung von ca. 300 Watt bei der Aktivierung einer PE-Probe.
Wassertropfen auf Polystyrol (PS); rechts: Tropfenbildung auf unbehandeltem PS; links: Spreiten des Wassertropfens auf plasmabehandeltem PS.
KinPen mit einer Leistung von ca. 10 W bei der Aktivierung einer PE-Probe.
PiezoBrush: Kompaktes Plasma-Handgerät mit einer Leistung von 18 Watt und einer Plasmatemperatur von weniger als 50°C.
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Kontaktwinkelmessgerät zur Messung der Benetzungsfähigkeit von Oberflächen; Bestimmung des Kontaktwinkels und Messung der Oberflächenenergie von Substraten inkl. dispersem und polarem Anteil.
Kontaktwinkelmessgerät mit integrierter Kamera zur Aufzeichnung der generierten Tropfen.
Auswertesoftware zur Bestimmung der Kontaktwinkel und der Oberflächenenergie von Substraten.
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Screenshot der Software „Krüss Advance“ während einer Kontaktwinkelmessung. Zu sehen sind das Kamerabild eines Wassertropfens auf einer Oberfläche, eine Ergebnistabelle und ein Zeit-Winkel-Diagramm.
Ausführliche Beschreibung:
Die Benutzeroberfläche ist in vier Hauptbereiche unterteilt:
- Oben Mitte (Livebild): Eine Kameraaufnahme zeigt eine Dosiernadel, an der ein Wassertropfen auf einer Oberfläche abgesetzt wurde. Grüne Messlinien liegen am Tropfenrand an und zeigen die gemessenen Kontaktwinkel von 56,5° (links) und 58,5° (rechts).
- Rechts oben (Einstellungen): Bedienfeld für „Spritze und Dosierung“ sowie Analysemethoden (z. B. „Liegender Tropfen“, „Ellipse (Tangente-1)“).
- Unten links (Ergebnisse): Eine Tabelle listet nummerierte Messwerte auf. Für die Substanz „water (Air)“ werden Kontaktwinkel (ca. 100° bis 102°) und Volumina protokolliert.
- Unten rechts (Diagramm): Ein Liniendiagramm visualisiert den Verlauf des Kontaktwinkels über die Zeit (StepNumber). Die blaue Kurve zeigt einen stabilen Verlauf um die 100°-Marke, bevor sie in der Mitte kurzzeitig auf ca. 60° abfällt und wieder ansteigt.
Benetzung einer hydrophilen (oben) und hydrophoben (unten) Substratoberfläche mittels eines Wassertropfens.
Testtinten zur einfachen Bestimmung der Oberflächenenergie verschiedener Materialien.
Testtintenset: Prüfflüssigkeiten mit unterschiedlichen Oberflächenspannungen.
Geöffnetes Testtintenfläschchen mit im Deckel integriertem Pinsel.
Unterschiedliches Verhalten von zwei verschiedenen Testtinten auf einem Aluminiumblech; oberer Tintenstrich spreitet, unterer zieht sich zusammen.
Oberflächenmessgerät zur Bestimmung der Topographie und Rauheit von Oberflächen im Nanometerbereich mittels berührungslos arbeitendem Weißlichtsensor.
Berührungslos arbeitender Weißlichtsensor
Graphische Darstellung der Rauheitsmessung.
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Das Diagramm zeigt eine blaue Messkurve auf einem weißen Raster.
- X-Achse: Beschriftet mit „Distanz [mm]“, skaliert von 0 bis ca. 5,5 mm.
- Y-Achse: Beschriftet mit „Topographie [µm]“, skaliert von -4 bis +4 Mikrometer.
- Kurvenverlauf: Die blaue Linie verläuft sehr unruhig und zackig („verrauscht“), was eine raue Oberflächenstruktur repräsentiert. Die Werte schwanken größtenteils im Bereich zwischen -1 µm und +1 µm, mit einzelnen Spitzen (Peaks), die bis auf +2 µm hochschießen oder bis auf -4 µm abfallen (Ausreißer bei ca. 0,5 mm Distanz).
Oberflächentopographie einer mit einem Laser behandelten Petrischale.
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Das Bild zeigt ein 3D-Messdiagramm einer Oberfläche.
- Skalierung: Die Z-Achse (Höhe) wird durch eine Farbskala am linken Bildrand repräsentiert, die von 0 µm (Schwarz/Dunkelrot) bis ca. 470 µm (Weiß/Orange) reicht. Die Grundfläche misst etwa 1000 x 1000 Mikrometer.
- Struktur: Die Oberfläche ist nicht glatt, sondern weist eine gitterartige oder noppenartige Struktur auf. Es gibt mehrere erhabene Bereiche („Inseln“), die in hellen Orange- und Weißtönen dargestellt sind (hoch), getrennt durch tiefere Gräben oder Flächen in Dunkelrot (niedrig). Dies deutet auf eine gezielte Bearbeitung, hier durch einen Laser, hin.
Ellipsometer zur Bestimmung der Dicke von transparenten Schichten im Nanometerbreich.
Ellipsometer, Wellenlänge = 632,8 nm
Messung eines Si-Wafer mit einer Schichtdicke von 166 nm.
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Die Softwareoberfläche dient der Simulation und Auswertung von dünnen Schichten:
- Rechts oben (Schichtmodell): Ein Stapeldiagramm zeigt den Aufbau der Probe: Oben „Air“ (Luft), in der Mitte „SiO2“ (Siliziumdioxid) und unten das Substrat „Silicon“ (Silizium).
- Links (Diagramm): Ein großes Diagramm stellt die ellipsometrischen Winkel Delta (Y-Achse, 80° bis 300°) und Psi (X-Achse, 10° bis 90°) dar. Eine rote Kurve bildet eine Schleife, auf der blaue Messkreuze liegen.
- Rechts unten (Ergebnisse): Ein Fenster „Calculated Thickness“ zeigt das Rechenergebnis an. Die mittlere Schichtdicke (Arithmetical mean) wird mit ca. 166,03 nm angegeben.
Handbeflammungsgerät zur Oberflächensilikatisierung; Beschichtung mittels Gasbeflammung.
Handbeflammungsgerät zur flammenpyrolytischen Abscheidung von amorphem Silicat auf der Substratoberfläche.
Flamme des Handbeflammungsgerätes: vorderer bläulicher Teil der Flamme wirkt reduzierend, hinterer nicht leuchtender Teil der Flamme wirkt oxidierend.
Wassertropfen auf einem Kupferblech auf unbehandeltem (außen) und beflammtem (mittig) Substrat.
Schichtdickenmessgeräte zur Bestimmung der Schichtdicke im Mikrometerbereich mittels Ultraschall, Wirbelstrom und Magnet-Induktion, sowie der Schichtdicke im Nanometerbereich von transparenten Schichten.
Schichtdicken-Messgerät mit magnet-induktivem Messverfahren sowie mittels Wirbelstrom.
Schichtdickenmessung mittels Ultraschall; bis zu fünf Schichten sind messbar. Links: Messgerät mit Pocket PC und Ultraschallprüfkopf, rechts: Messwertdarstellung.
Schichtdickenmessung transparenter Schichten im Nanometerbereich mittels berührungslos arbeitendem Weißlichtsensor.
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Das Fenster zeigt die Parameter und das Messsignal eines Weißlichtsensors:
- Links (Einstellungen): Hier werden Parameter wie Messrate (1000 Hz), minimale Qualität und der Brechungsindex (1,49) eingestellt.
- Rechts (Diagramm): Vor schwarzem Hintergrund ist ein grüner Signalverlauf dargestellt. Die X-Achse zeigt die „optische Schichtdicke [µm]“. Die Kurve ist weitgehend flach (Rauschen), weist aber bei ca. 80 auf der X-Achse einen extrem hohen, scharfen Ausschlag (Peak) auf.
- Messwert: Oben rechts im Diagramm wird der exakte Messwert digital angezeigt: 53,352 µm (hervorgehoben in Cyan). Dies entspricht der Dicke der gemessenen transparenten Schicht.
Gitterschnitt-Prüfer für die Ermittlung der Qualität der Haftfestigkeit von Beschichtungen.
Gitterschnitt-Prüfer mit Klebeband und Bürste.
Gitterschnittmesser mit sechs parallel verlaufenden Schneiden.
Lackierte Polystyrol-Probe; links: schlechte Haftfestigkeit der Beschichtung auf unbehandeltem PS; rechts: gute Haftfestigkeit der Beschichtung auf vorbehandeltem PS (Flammpyrolyse).
Dornbiegeprüfgerät zur Beurteilung von Beschichtungen auf metallischem Substrat in Hinblick auf ihre Dehnbarkeit und Haftfestigkeit bei Biegebeanspruchung. Beim Dornbiegeversuch wird ein beschichtetes Substrat über einen Konus gebogen. Anschließend wird die Beschichtung begutachtet und bewertet.
Dornbiegeprüfgerät mit eingespannter und zum Teil schon gebogener Kupferprobe.
Mit einem transparenten Lack beschichtetes Kupferblech, an dem der Dornbiegeversuch durchgeführt wurde. In dem vergrößerten Bildausschnitt des gebogenen Blechs ist an einer Stelle eine große Lackabplatzung zu erkennen.
