Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST
Konfokale Lasermikroskopie: Analyse von Batteriepartikel.
2- und 3-dimensionale optische Mikroskopie
3-dimensionale Oberflächenabbildung lässt sich mit taktilen Methoden wie der Profilometrie oder Rasterkraftmikoskopie (AFM), aber auch berührungslos mittels konfokaler Lasermikroskopie durchführen.
Konfokale Lasermikroskopie
Das konfokale Lasermikroskop CLM (englisch: confocal laser microscope) erlaubt neben 2-dimensionalen auch 3-dimensionale optische Abbildungen von Oberflächen. Das Bild wird erzeugt, indem die sehr scharf definierte Fokusebene vertikal durch das Objekt gefahren wird. Die laterale Auflösung liegt dabei im Bereich von 1 μm, die Höhenauflösung erreicht dagegen wenige Nanometer. Das Verfahren liefert innerhalb von wenigen Minuten quantitative Informationen unter anderem über Oberflächentopographie, Rauigkeit, Stufenhöhen, Steigungswinkel oder Partikelgrößen.
Schnelle quantitative 3D-Information von Oberflächen
Im Vergleich zu taktilen profilometrischen Verfahren ist die konfokale Lasermikroskopie deutlich schneller und es können auch weiche oder instabile Oberflächen, wie z. B. Polymere oder Pulver abgebildet werden. Bis zu einem gewissen Grad kann auch durch transparente Deckschichten hindurch gemessen und auf diese Weise die Schichtdicke bestimmt werden. Neben der reinen Abbildung gibt es eine Vielzahl von Softwaretools, um die maximale quantitativen Information aus den 2- oder 3-dimensionalen Bildern herauszuholen.
Schichtabplatzungen auf einer Stahloberfläche
Konfokale Lasermikroskopie in der Praxis.
Partielle Delamination von Schichten auf einer Stahloberfläche lässt sich mittels konfokalem Lasermikroskop sicher detektieren und dokumentieren.
Übersicht und Detailbild eines Scratchs in einer DLC-Schicht auf einem zylindrischen Stahlbolzen
Scratchspur in Hartstoffschicht.
CLM-Aufnahme eines Scratches in einer DLC-Schicht.
Die 3-dimensionale Darstellung nach dem Scratchtest erlaubt eine sichere Detektion von Abplatzungen und auch die Lokalisation in welche Tiefe, d.h. an welcher Grenzfläche, das Material versagt.
Wabenförmig strukturierte Oberfläche zur Minimierung der Kontaktfläche nach einem tribologischem Versuch
Die Minimierung der Kontaktfläche kann zu einer Reduktion des Reibungskoeffizientens führen. Mit dem konfokalen Mikroskop kann leicht kontrolliert werden, ob die 3-dimensionalen Mikrostrukturen der tribologischen Belastung standhalten.
CLM-Aufnahme von Partikeln auf einer Oberfläche
Die 3D-Partikelaufnahme erlaubt auch die statistische Auswertung von Partikeldurchmessern, Partikelformen, Partikeldicke.
CLM-Aufnahme von Vickers-Eindrücken in einer Oberfläche
Das Beispiel der Vickers-Eindrücke zeigt, dass eine quantitative Bestimmung von Lochtiefen und Öffnungswinkeln möglich ist.
Höhenprofil eines Punktgitters
Auswertung von Linien- Querschnittsprofilen eines Punktgitters.