Härtetest auf engstem Raum: PTB präsentiert handliches Nanoindentationsgerät

Nach einem ähnlichen Prinzip funktioniert bisher die Härte- und Elastizitätsprüfung an extrem dünnen Materialschichten: Die sie tragenden Bauteile müssen in der Regel ausgebaut und mit einem tischgroßen Gerät auf ihre Eigenschaften untersucht werden.

Die Physikalisch Technische Bundesanstalt (PTB) hat nun ein handliches, kleines MEMS-gestütztes Nanoindentationsgerät entwickelt, das direkt am Bauteil Messungen vornehmen kann, ohne dass dieses vorher entfernt werden muss. Zu sehen ist diese Neuheit vom 22. bis 25. April in Halle 1, Stand 1304, auf der CONTROL in Stuttgart.

Das von der PTB entwickelte und als MEMS ausgeführte Nanoindentationsgerät gehört zu einer neuen Gerätegeneration, denn es ist nicht nur außerordentlich klein, tragbar und sparsam im Energieverbrauch, sondern lässt sich auch mit hoher Genauigkeit herstellen und könnte in Serienfertigung mit niedrigen Kosten produziert werden. Vielerorts ist es eine praktische und preiswerte Alternative zu herkömmlichen Tischgeräten.

Das Gerät ist in der Lage, die Härte, Elastizität und Verformbarkeit von Schichten zu messen, die dünner als ein Mikrometer sind, und somit Haftung, Haltbarkeit und Verschleißfestigkeit zu bestimmen. Derartige Schichten und Membrane werden beispielsweise zum Schutz elektronischer Bauteile verwendet, wie etwa bei der Festplatte eines Computers. Sie können aber auch im medizinischen Bereich eine Rolle spielen, beispielsweise bei extrem dünnen Kathetern. Je nach Anwendungsgebiet müssen diese dünnen Schichten unterschiedliche Anforderungen erfüllen, dürfen bei Belastung nicht brechen oder abblättern.

Bei der Entwicklung des Nanoindentationsgerätes wurde auf diesem Gebiet erstmals die MEMS-Technik eingesetzt. Als MEMS (mikro-elektro-mechanisches System) werden kleine Bauteile bezeichnet, die aus einer Kombination von mechanischen Elementen und elektronischen Schaltungen bestehen. MEMS werden serienmäßig zum Beispiel als Beschleunigungssensoren in Airbags eingesetzt.

Auf der CONTROL kann das MEMS-gestützte Nanoindentationsgerät extrem genau betrachtet werden nämlich durch ein lateral-konfokales Mikroskop. Diese Neuheit wurde ebenfalls an der PTB entwickelt und dient der Qualitätssicherung von MEMS-Produkten. Herkömmliche optisch-konfokale Mikroskope stoßen bei Größen unterhalb eines halben Mikrometers an ihre Grenzen.

Im Gegensatz dazu ist das lateral-konfokale Mikroskop viel empfindlicher und in der Lage, das Verhalten beweglicher Komponenten in MEMS mit nanometrischer Auflösung zu zeigen.

Auf beide Geräte sind Patente angemeldet. Derartige Schutzrechte betrachtet die PTB als wichtigen Teil des Technologietransfers in die Wirtschaft und zugleich als Kompetenznachweis. Unternehmen, die von den neusten Entwicklungen in der Messtechnik, Sensorik und Produktionstechnik profitieren wollen, bietet die PTB Kooperationen im Rahmen des Technologietransfers an.

Diesen Kooperationspartnern und Lizenznehmern gewähren Patente die notwendige Investitionssicherheit.

Auch im Bereich der Koordinatenmesstechnik bietet sich die PTB als Partner der Wirtschaft an und stellt ihre Aktivitäten auf der CONTROL vor. Sie reichen von der Kalibrierung, Zertifizierung und der Entwicklung neuer Messverfahren über die Beratung von Industriepartnern bis hin zur Kooperation in Industrieprojekten und der Mitarbeit in Normungsgremien.

Ansprechpartner in der PTB

MEMS-gestütztes Nanoindentationsgerät und lateral-konfokales Mikroskop:
Dr. Konrad Herrmann, PTB-Fachbereich 5.1, Oberflächenmetrologie, Tel. (0531) 592 – 5140, E-Mail: konrad.herrmann@ptb.de
Technologietransfer:
Dr. Bernhard Smandek, Technologietransfer, Tel. (0531) 592 8303, E-Mail: bernhard.smandek@ptb.de
Koordinatenmesstechnik:
Dr. Frank Härtig, Fachbereich 5.3 Kordinatenmesstechnik, Tel. (0531) 592 5300, E-Mail: frank.haertig@ptb.de
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