Handbuch der Nanoanalytik Steiermark 2005 - lamp.tugraz.at
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Lösungen<br />
L18: Haftfestigkeitsprüfung von dünnen Schichten<br />
L18: Haftfestigkeitsprüfung<br />
von dünnen Schichten mittels<br />
Scr<strong>at</strong>ch-Test<br />
Der Haftfestigkeit von Schichten am Grundwerkstoff<br />
kommt in <strong>der</strong> industriellen Beschichtungstechnik<br />
sehr große Bedeutung zu, da eine Ablösung<br />
<strong>der</strong> Beschichtung zum vollständigen Verlust <strong>der</strong><br />
Oberflächenfunktionalität führt. Die Angabe <strong>der</strong><br />
Haftfestigkeit erfolgt i.A. bei dicken Beschichtungen<br />
als Haft-Zugfestigkeit o<strong>der</strong> Haft-Scherfestigkeit<br />
und somit als Belastungsgröße für die Zerstörung<br />
des Verbundes Beschichtung-Grundwerkstoff z.B.<br />
im Zugversuch. Diese Testmethode kann jedoch bei<br />
Beschichtungen mit Dicken von weniger als 100 µm<br />
nicht mehr angewendet werden. Daher wird im<br />
Bereich <strong>der</strong> Dünnschichttechnik und <strong>Nanoanalytik</strong><br />
versucht, durch massive plastische Verformung <strong>der</strong><br />
beschichteten Oberfläche zur Darstellung <strong>der</strong> Haftfestigkeit<br />
zu kommen. Im Ritztest („scr<strong>at</strong>ch test“)<br />
wird dabei ein Diamantkegel nach Rockwell-C-Geometrie<br />
in die beschichtete Oberfläche eingedrückt<br />
und gleichzeitig transl<strong>at</strong>orisch parallel zur Oberfläche<br />
bewegt. Der entstehende Ritz („scr<strong>at</strong>ch“)<br />
und die auftretenden Verformungsmerkmale des<br />
Verbundes werden ausgewertet und dienen zur<br />
Ermittlung einer kritischen Last, bei welcher es zur<br />
Schädigung <strong>der</strong> Beschichtung kommt.<br />
Abbildung 1:<br />
Ergebnisse von Scr<strong>at</strong>ch-Tests auf PLD-<br />
Multilagen-Beschichtungen aus Ti-TiN.<br />
(a) Abhängigkeit <strong>der</strong> kritischen Last von<br />
<strong>der</strong> Dicke <strong>der</strong> Ti- bzw. TiN-Einzelschichten<br />
(Gesamtschichtdicke 1 µm). (b)<br />
Versagenstypen bei <strong>der</strong> kritischen Last:<br />
(1) „Buckling“ einer Beschichtung mit<br />
32 nm Einzelschichtdicke. (2) Aufreißen<br />
einer Schicht mit 250 nm Einzelschichtdicke.<br />
In <strong>der</strong> Versuchsführung stehen gemäß EN 1071<br />
verschiedene Belastungskonzepte zur Verfügung:<br />
(1) linear zunehmende Belastung während <strong>der</strong> transl<strong>at</strong>orischen<br />
Bewegung, (2) konstante, schrittweise<br />
zunehmende Belastung und (3) konstante Belastung<br />
bei mehrmaligen Ritzen im gleichen Scr<strong>at</strong>ch.<br />
Diese Belastungskonzepte erlauben Aussagen über<br />
den größten Einfluss auf das Versagen <strong>der</strong> Beschichtung<br />
(1), eine st<strong>at</strong>ische Versagensanalyse (2)<br />
und die modellhafte Analyse von im Anwendungsfall<br />
auftretenden Ermüdungsbeanspruchungen (3).<br />
Die Versagenstypen im Scr<strong>at</strong>ch-Test werden entscheidend<br />
von den (mechanischen) Eigenschaften<br />
von Beschichtung und Grundwerkstoff bestimmt.<br />
Ist die Beschichtung z.B. im Vergleich zum Grundwerkstoff<br />
sehr weich, treten große plastische Verformungen<br />
<strong>der</strong> Beschichtung auf, und die kritische<br />
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<strong>Handbuch</strong> <strong>der</strong> <strong>Nanoanalytik</strong> <strong>Steiermark</strong> <strong>2005</strong>