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In-situ Messung der 3D-Topografie von Bruchflächen im REM

Sonntag (01.01.2040)
00:00 - 18:57 Uhr Halle 2

Die Abbildung von Bruchflächen im Rasterelektronenmikroskop liefert hochaufgelöste Bilddaten, welche Grundlage für die Klassifizierung von Brüchen und der damit verbundenen Bewertung des vorliegenden Schadensfalls sind. Bedingt durch den Abbildungsprozess im REM gehen dabei räumliche Informationen verloren, die bei der Interpretation der Schädigung hilfreich wären.

Um räumliche Informationen der Probenoberfläche im REM zu erfassen, gibt es verschiedene Methoden. Die für die Ermittlung der 3D-Topografie verwendeten Verfahren der Proben- oder Strahlkippung haben den Nachteil, dass die Berechnung des Oberflächenmodells erst nach der Bildaufnahme erfolgt. Mit der Verwendung eines segmentierten Rückstreudetektors ist dagegen die Erzeugung eines 3D-Oberflächenmodells während der Bildaufnahme möglich. Mittels einer 3D-Anzeige wird die Probentopografie gleichzeitig mit dem Bildeinzug dargestellt und kann für weitere Auswertungen zusammen mit den aufgenommenen Bilddaten gespeichert werden.

Für die in-situ Erfassung der Probentopografie ist ein fest eingebauter oder rückziehbarer BSE-Detektor erforderlich, der vier symmetrische Segmente besitzt (4Q-BSE). Die richtungsabhängigen Unterschiede der Rückstreusignale werden verwendet, um den Normalenvektor für jedes Oberflächenelement und letztlich das gesamte Höhenmodell zu berechnen („Shape from Shading“). Das Verfahren arbeitet unabhängig von Materialunterschieden, da bei Verwendung von vier Signalen wegen der Überbestimmung auch die topografieunabhängige Rückstreurate für jedes Oberflächenelement bestimmt wird.

Das 3D-Topografie-System ist direkt in das REM-Scansystem integriert. Die zugehörige Verstärkerelektronik zeichnet sich dadurch aus, dass sie alle vier Kanäle parallel verarbeitet vollständig kalibriert werden kann. In Verbindung mit einer 3D-Kalibrierstruktur ist damit auch die quantitative Messung von Höhen oder Profilen möglich.

Als Beispiel für die Bestimmung der 3D-Topografie wurden Bruchflächen von Proben aus einer Legierung auf Kupferbasis untersucht. Dabei handelt es sich einerseits um einen Gewaltbruch, bei dem sich die Mikrostruktur der Bruchfläche als ausgeprägte Topografie darstellt. Weiterhin wurde eine Probe desselben Materials mit einem Schwingbruch analysiert. In den Topografiedaten sind hier einige kristallographisch orientierte Facetten deutlich sichtbar.

Sprecher/Referent:
Dr.-Ing. Matthias Hemmleb
point electronic GmbH
Weitere Autoren/Referenten:
  • Dr. Dirk Bettge
    Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung