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Nanoschichten sind so gut wie unsichtbar. Nichtsdestotrotz schützen sie Werkzeuge vor Verschleiß, leiten elektrische Ströme oder speichern Informationen. Dr. Thomas Schwarz und Dr. Dieter Schneider aus dem Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS fanden eine zerstörungsfreie Methode - die laserakustische Messung -, mit der sich sagen läßt, ob die nur nanometerfeine Schicht den Wünschen der Hersteller entspricht. Für diese Arbeit wurden die beiden Forscher am 25. Oktober 2000 mit dem Joseph-von-Fraunhofer-Preis 2000 ausgezeichnet.
Damit geht der Preis zum dritten Mal an das Dresdner Fraunhofer IWS und zum fünften Mal in das Dresdner Fraunhofer-Institutszentrum.
Diamantähnliche Schichten auf Rasierklingen ermöglichen eine glattere Rasur, diamantähnliche Schichten auf Festplatten oder komplexen Werkzeugen wie Bohrern, Fräsern oder Wellen ermöglichen längere Stand- und Laufzeiten. Denn diese Schichten sind extrem hart und gleichzeitig hauchdünn. Um diese Verschleißschichten zu optimieren und ihre Fertigung besser überwachen zu können, ist es notwendig, die mechanischen Eigenschaften der Schichten zerstörungsfrei und ohne viel Aufwand zu prüfen. Forscher am Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS in Dresden entwickelten eine laserakustische Prüfmethode, die rasch und exakt Schichten auf ebenen oder auch zylindrischen Bauteilen bewerten kann. Bei diesem laserakustischen Prüfverfahren trifft ein Laserstrahl in einer milliardstel Sekunde auf das Bauteil und bringt ganz gezielt nur die Oberfläche zum Schwingen. Form, Laufzeit und Laufweg der Welle, die je nach Schichtmaterial und -güte unterschiedlich sind, werden ermittelt und über komplexe mathematische Berechnungsverfahren sekundenschnell ausgewertet.
"Dreh- und Angelpunkt unserer Messungen ist der Elastizitätsmodul", erklärt Dr. Dieter Schneider aus dem IWS. "Diese Größe hängt von der Struktur des Werkstoffs ab und steht mit anderen mechanischen Eigenschaften wie etwa Härte und Eigenspannungen in enger Wechselbeziehung. Deshalb bestimmt sie wesentlich die Verschleißbeständigkeit von Oberflächen, die mit harten und superharten Schichten geschützt werden sollen." Für das aktuelle Meßverfahren nutzen die Forscher die besonders vorteilhaften Eigenschaften von akustischen Oberflächenwellen: Diese Wellen haben nur eine geringe Eindringtiefe und reagieren deshalb empfindlich auf strukturelle Veränderungen der Randschicht. Hochfrequente akustische Oberflächenwellen werden mit kurzen Laserimpulsen angeregt. Die Wellen breiten sich durch die Nanoschichten längs der Oberfläche aus und werden detektiert. Der Prüfling, beispielsweise eine Computerfestplatte, bewegt sich während der Messung, so daß verschiedene laserakustische Signale bei verschiedenen Abständen zwischen Detektor und Laser-Schallquelle empfangen werden können. Um die Signale auszuwerten, werden ihre spektralen Anteile mit Hilfe von Algorithmen analysiert.
"Dank ihrer Vorlaufforschung und Pfiffigkeit gelang den beiden IWS-Forschern ein automatisiertes Meßverfahren mit hoher Zuverlässigkeit für eine entscheidende Schlüsseltechnologie der Zukunft" lobt die Preisjury. Die dazugehörige und eigens entwickelte Software liefert in weniger als einer Minute das Ergebnis. Damit läßt sich der Beschichtungsvorgang - nach den Vorgaben und Wünschen der Hersteller - optimieren und kontrollieren. Neben ebenen Oberflächen können auch zylindrische Bauteile untersucht werden - von wenigen Nanometer dünnen Schichten bis hin zum Millimeterbereich. Das laserakustische Gerät am IWS ist weltweit das einzige für kommerzielle Prüfungen.
Ihre Ansprechpartner für weitere Informationen:
Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik
01277 Dresden, Winterbergstr. 28
Dr. Dieter Schneider
Tel.: 0351 / 25 83-451, Fax: 0351 / 25 83-300
E-mail: schneider@iws.fhg.de
Presse und Öffentlichkeitsarbeit
Dr. Ralf Jäckel
Tel.: 0351 / 25 83-444, Fax: 0351 / 25 83-300
E-mail: jaeckel@iws.fhg.de
Attraktive Fotos stellen wir Ihnen auf Wunsch gern zur Verfügung (siehe auch auf den untengenannten Internetseiten).
http://www.iws.fhg.de
http://www.iws.fhg.de/presse/presse.html
http://www.iws.fhg.de/presse/2000/pr0014.html
Dr. Dieter Schneider und Dr. Thomas Schwarz erhielten den Fraunhofer-Preis 2000
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Criteria of this press release:
Construction / architecture, Information technology, Materials sciences, Mechanical engineering
transregional, national
Personnel announcements, Research results
German
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