Oberflächentechnik
Prüfungsvorbereitung
Prüfungsvorbereitung
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Cartes-fiches
Welche grundlegenden Beschichtungarten gibt es.
- beschichten aus dem:
Flüssigen
Plastischen
Breiigen
Körnigen oder pulverförmigen
Gas oder dampfförmigen
Ionisierten
Schweißen und Löten
Welche Funktionen können durch dich Oberflächentechnik generiert werden?
Mechanischer Schutz (Verschleiß, Reibung)
Barrierefunktion (Korrosionsbeständigkeit, Permeation, Eindiffusion)
Grenzflächenwechselwirkung (Biokompatibilität, Benetzbarkeit)
Elektrische Funktionen (leitend, isolierend)
Optische Funktionen (Refelxtion, Absorption, Dekoration)
In welche 2 großen Gruppen kann die Oberflächentechnik eingeteilt werden?
Beschichten
Stoffeigenschaften ändern
Nenne 9 Oberflächenanalyseverfahren.
Mikro-/ Nanohärtemessung
Kalottenschliff
Scratchtest
Tribometertest
Profilierter
Lichtmikroskopie
Elektronenmikroskopie
Energiedispersieve Röntgenstektroskopie
Röntgendiffraktometrie
Wie ist der Begriff Härte definiert?
Härte ist der Widerstand, den ein WST dem Endringen eines härteren WST entgegensetzt.
Wie kann das Prüfprinzip einer Härtemessung beschrieben werden?
Für die Messung wird ein genormter, harter Prüfkörper mit bestimmter Kraft in den zu untersuchenden WST für eine vereinbarte Zeit gedrückt. Über die Eindrückoberfläche oder die Eindringtiefe kann die Härte ermittelt werden.
Nenne 3 gängige Härteprüfmetgoden und die charakteristischen Prüfkörper.
Brinell, gehärtete Stahlkugel
Vickers, Diamantpyramide
Rockefeller, Diamantkegel
Welche Vorteile hat die Härtemessung nach Brinell?
Große Bauteile
Durch große Prüfeindrücke auch für inhomogene WST geeignet
Kostengünstiger Prüfkörper
Relativ genau
Welche Nachteile gibt es bei der Härtemessung nach Brinell?
Für metallische WST nur bis 650HBW
Nicht für kleine und dünne Proben
Relativ große Beschädigung der Probe
Hoher Messzeitaufwand
Welche Vorteile gibt es bei der Hörtemessung nach Vickers?
Geeignet für weiche und härteste WST
Prüfung kleiner und dünner Proben möglich
Hohe Genauigkeit
Geringe Oberflächenbeschädigung
Welche Nachteile gibt es bei der Hörtemessung nach Vickers?
Glatte Oberfläche notwendig
Schichtdicken größer als 3x die Diagnoale der Pyramide
Prüfkörper sind empfindlich und teuer
Welches Erbegniss bringt der Kalottentest und wie wird er durchgeführt?
Schichtdickenmessung
Eine Stahlkugel schleift mit Diamantsuspension an einer Stelle eine Kalotte durch die Schicht. Im Lichtmikroskop ist die angeschliffene Schicht als Ring zu erkennen. Über die Abmessungen kann die Schichtdickenmessung ermittelt werden.
Welche Prüfverfahren gibt es um eine Schichtdickenmessung zu ermitteln?
Kalottenschliff
Haftkraftverfahren
Magnetinduktive Verfahren
Wirbelstromverfahren
Ultraschallverfahren
Welche Voraussetzungen müssen gegeben sein um Messfehler zu minimieren?
Die Dicke des Grundwerkstoffes muss größer sein als die Eindringtiefe des Prüfkörpers
Saubere Oberfläche
Kleine Rauheit
Keine Risse, Poren
Ausreichend viele Messungen
Was sind die Ziele eines Scrachtestes?
Prüfen der:
Kratzbeständigkeit
Schichthaftung
Was passiert bei einem Scratchtest?
Ein Rockwelldiamant fährt mit konstanter Geschwindigkeit und konstanter/ progressiver/ incrementeller Kraft über die Oberfläche
Gemessen werden Schallemission, Eindringtiefe
Festlegung der kritischen Kräfte: mikroskopische Aufnahmen, Akustikausschläge
Worüber gibt ein Tribometertest Auskunft? Welche Systemparameter gibt es? Welche Einflussgrößen gibt es?
Erforschung von Reib- und Verschleißverhalten
Beteiligter WST, klinisch-dynamische Effekte, Oberflächengestalt, chemische Einflüsse
Relativbewegung, Oberflächen, Schichtwerkstoff, Gegenwerkstoff, Umgebungsmedium
Welche Schritte müssen bei der Oberflächenanalyse mittels Lichtmikroskop erfolgen?
Trennen
Einbetten
Schleifen, Polieren
Reinigen
Evtl. Ätzen
Gefügebeurteilung
Welche 2 Varianten der Elektronenmikroskopie gibt es und was kann damit ermittelt werden?
Secondary Electrons - Oberflächenkontrast für Topografie
Back scattered electrons - Materialkontrast (schwere Elemente erscheinen heller als leichte)
Was bedeutet Energiedispersive Röntgenspektroskopie und was wird ermittelt?
Energiedispersiv - Zerlegung in ein Energiespektrum
Röntgenspektroskopie - Bestimmung, Einsortierung und Summierung aller Energien der im Detektor eingehenden Röntgenquanten
Ziel: Bestimmung der Zusammensetzung Schicht oder Oberfläche
Was bedeutet Rönptgendiffraktometrie, was ist das Prinzip dahinter und was wird ermittelt?
= Röntgenstrahlbeugung: jeder kristalline Festkörper hat ein charakteristisches Röntgenbeugungsbild
Prinzip: Röntgenstrahlung mit fester Wellenlänge Alpha wird an einer Gitterbebene mit festen Netzebenenabstand d im Kristallgitter einer Probe unter variablen Wonkel q gebeugt und zur Interferenz gebracht.
Ergebniss: Phasenanalyse, Kristallirientierung, Texturmessung, Versetzungsdichte
Welche Vorteile haben dünne Schichten?
Definierte Herstellbarkeit von Materialien mit: beliebiger Zusammensetzung, beliebiger Struktur, höchster Reinheit
Präziese laterale Strukturierbarkeit
Geringster Materialverbrauch
Maßgeschneiderte Oberflächen
Welche Nachteile haben dünne Schichten?
Aufwendige Anlagentechnik mit mäßigem Durchsatz
Hohe Stück bzw. Flächenkosten
Bauteileinschränkungen dich Kammerprozess
Geometrieeinschränkungen durch Zugänglichkeit
Welche Eigenschaften des Bauteils sollten immer berücksichtigt werden, wenn es beschichtet werde soll?
Abmessung
Gestalt
Porosität, Entgasung
Oberfläche
Stabilität
Was bedeutet CVD und welches Prinzip steckt dahinter?
Chemical vapour Deposition- chemische Dampfphasenabscheidung
Ausscheidung einer Festkörperkomponente an der erhitzten Substratoberfläche über eine flüchtige Verbindung der Schichtkomponente
Zufuhr des Beschichtungsmaterials als gasförmige Verbindung (Precuror)
Thermische oder Plasma Anregung des Precursors
Schichtenbildung durch chemische Reaktion auf erhitzter Bauteiloberfläche
Welche Vorteile hat CVD?
Komplizierte Geometrien gleichmäßig Beschichten
Gute Haftfähigkeit
Graduierung durch Änderung der Gaszusammensetzung während des Prozesses möglich
Mikrostrukturbildung möglich
Welche Nachteile hat das CVD?
Besondere Sicherheitsmaßnahmen
Korrosionsfeste Auslegung von Zuleitung und integrierten Komponenten
Hohe thermische Belastung
Chemisch stabile Substrate gegenüber den Reaktanten
Nicht für jedes Schitmaterial geeignet
In welcher Form wir das Beschichtungsmaterial beim CVD zugeführt?
Gasförmig (flüchtige Verbindung)
Wie findet die Energiezufuhr beim CVD statt?
Temperatur, Plasma zusätzlich
In welcher Phase wird das Schichtmaterial beim CVD transportiert?
Gasförmig, Konvektion und Diffusion
Durch was findet die Schichtbildung beim CVD statt?
Chemische Reaktion zum Festkörper an Oberfläche
Welche Mikrostruktur weise CVD Schichten auf?
Variabel
Welche Schichtdicken können mit dem CVD erzielt werden?
Nanometer bis Mikrometer
Was bedeutet PVD und wie ist das Prinzip?
Physical vapour Deposition- Vakuumbedampfen
Verfahrensprinzip:
Zufuhr von Energie auf Verdampferquelle im Vakuum
Thermische Verdampfung - geradliniger Teilchentransport in der Gasphase
Kondensation auf dem kalten Bauteil
Welche Varianten der Beheizung gibt es beim PVD?
Widerstands- oder Induktionsheizung
Elektronenstrahl
Laser
Lichtbogen
Welche Nachteile hat das PVD?
Hinterschneidungen werden nicht beschichtet
Bohrungen werden nur minimal beschichtet
Kratzer und Oberflächenfehler werden in der Schicht abgebildet
Nenne mindestens 5 wichtige Einflussfaktoren auf das Schichtgefüge und die Schichteigenschaften (EB)
Dampfdruck der Elemente
Kammerdruck
Rotationsgeschwindigkeit des Bauteils
Position Dampfquelle Substrat
Beschichtungstemperatur
Beschichtungsrate
Ionisierung des Dampfes
Oberflächenbeschaffenheit der Bauteiloberfläche
Schichtmaterial
Einfluss der Verdampfungsrate auf die Schichtqualität. (Zu klein/ zu groß/ sehr groß)
Zu klein: Reaktion mit Restgasen, Kammerdruck muss abgesenkt werden, geringe Schichtwachstumsrate
Zu groß: Dampfdruck über der Quelle zu groß, viele Stöße der Dampfteilchen, vermindert Effektivität des Beschichtungsprozesses
Sehr groß: Gefahr von Dampfblasen, lokalem Sieden, spritzen, geringe Schichtqualität
Wie beeinflusst ein zu hoher Kammerdruck die Schichtqualität?
Zusammenstoß der Gasteilchen -> Rekombination und erhöhte Streuverluste + Gefahr der Bildung von Oxiden in der Schicht
Wie beeinflusst die Rotationsgeschwindigkeit die Schichtqualität?
Kontrollierte Verteilung des verdampften Schichtwerkstoffes
Beeinflusst Morphologie der aufwachsenden Schicht
