Handbuch der Nanoanalytik Steiermark 2005 - lamp.tugraz.at

Lösungen
L31: Raman-Spektroskopie in der Werkzeugbeschichtung
L31: Raman-Spektroskopie
in der Werkzeugbeschichtung
– Charakterisierung von
Nanoschichten und Überwachung
von Vakuumbeschichtungsprozessen
Die Raman-Spektroskopie stellt ein sehr einfach
durchzuführendes Verfahren zur Bestimmung von
chemischen Elementen und Verbindungen in Flüssigkeiten,
Gasen, aber auch in Oberflächenbereichen
von Festkörpern dar. Das Messprinzip beruht
auf der Messung des durch Teilchen (Atome, Moleküle)
inelastisch gestreuten Lichts einer anregenden
monochromatischen Lichtquelle (Laser). Durch die
inelastischen Streueffekte (Stokes-Raman- und Antistokes-Streuung)
zeigt dieses Streulicht zusätzlich
zur monochromatischen Strahlung element- bzw.
molekülspezifische Spektrallinien (Ramanlinien), die
gegenüber der Frequenz der anregenden Lichtquelle
verschoben sind. Voraussetzung für die Ausbildung
dieser Ramanlinien ist eine mit dem Bindungsabstand
im Molekül veränderliche Polarisierbarkeit.
Die Verschiebungen der auftretenden Ramanlinien
sind abhängig von der Zusammensetzung der
auftretenden Phasen, der Kristallitausrichtung, der
Korngröße der Kristallite etc.
Daher erlauben diese spezifischen Ramanlinien
die Ermittlung der chemischen Zusammensetzung
und weiterer strukturphysikalischer Eigenschaften.
Vorteil des Verfahrens ist die nur sehr geringe Eindringtiefe
des anregenden Laserstrahls (wenige nm
bis etwa 50 nm) in metallischen und keramischen
Oberflächen, wodurch sich die Raman-Spektroskopie
sehr gut für Oberflächenanalysen eignet.
Abbildung 1:
Weißlicht-Interferometrie-Aufnahmen
von Verschleißzonen von TiAlCN-Beschichtungen
mit (a) niedrigem und (b)
hohem Reibkoeffizient sowie Raman-
Spektroskopie-Messungen (c) in den
verschiedenen Schichtbereichen (Zuordnung
siehe Indizes A, B, C), welche
eindeutig eine hohe Kohlenstoffkonzentration
(D, G) in der Transferschicht
zeigen.
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