F R A U N H O F E R - I N S T I T U T F ü r S c hi c ht- un d O b erf l ä c hente c hni k I S T 1 1 Lager mit Sputter-Dehnungsmessstreifen. SputterDehnungsmessstreifen Am Fraunhofer-Institut für Schicht- und Sputter-DMS weiter auszuweiten, besteht Oberflächentechnik IST werden leistungs- noch ein erheblicher Entwicklungsbedarf fähige Sputter-Dehnungsmessstreifen hinsichtlich Messempfindlichkeit und entwickelt, die vielfältige neue Anwendbarkeit auf dreidimensionalen Anwendungsfelder eröffnen, z. B. im technischen Oberflächen. Hier bietet das Maschinenbau, der Luft- und Raumfahrt, Fraunhofer IST Lösungen mit großem der Wäge- oder Medizintechnik. Potenzial. Das Prinzip Vorteile von Sputter-DMS Dehnungsmessstreifen (DMS) ändern Sputter-DMS messen mit hoher Fraunhofer-Institut für Schicht- ihren elektrischen Widerstand bei Genauigkeit, da weder Klebstoff noch und Oberflächentechnik IST Dehnung. Dadurch erlauben sie die Folie verwendet werden und das Quellen Messung von Kraft, Dehnung, Momenten oder Kriechen in Abhängigkeit von der Bienroder Weg 54 E oder Druck. Klassische DMS bestehen Umgebungstemperatur und -feuchtigkeit 38108 Braunschweig aus einem Konstantanmäander auf vermieden wird. Durch den nur wenige einer Polymerträgerfolie und werden Mikrometer dicken Schichtaufbau von Ansprechpartner manuell auf das Bauteil aufgeklebt. Dieses Sputter-DMS bleiben die Toleranzen eines Dr. Ralf Bandorf Klebeverfahren wird heute bereits in Bauteils meist unverändert. Darüber hin- Telefon +49 531 2155-602 verschiedenen Produkten durch gesput- aus führen die exakte Positionierbarkeit [email protected] terte Dünnschicht-Dehnungsmessstreifen und die direkte Anbindung der Sensor- ersetzt. Ein Beispiel sind Drucksensoren. schicht an die Bauteiloberfläche zu einer Um die Einsatzmöglichkeiten von erhöhten Messgenauigkeit des Systems. www.ist.fraunhofer.de 1 2 photolithographisch als auch mit dem Laser wird seit einigen Jahren DLC (Diamond-like realisiert werden. Das Fraunhofer IST bietet Carbon) erfolgreich in Drucksensoren einge- die gesamte Prozesskette zur Herstellung setzt. Durch den Einsatz metallhaltiger DLC- Metallische Bauteiloberflächen müssen von Sputter-DMS auf dreidimensionalen Schichten (Me-DLC) wird eine von der Umge- vor dem Aufbringen der Sputter-DMS technischen Oberflächen. bungstemperatur weitgehend unabhängige Sputter-DMS auf komplexen Bauteilen mit einer elektrischen Isolationsschicht Dehnungs-messung ermöglicht. Während versehen werden. Um eine defektfreie die meisten Metalle typischerweise einen Isolation zu realisieren, ist eine sehr glatte Neue Materialien für Sputter-DMS k-Faktor von 2 haben, lassen sich mit Ni-DLC Oberfläche erforderlich, auf die z. B. eine deutlich höhere Dehnungsempfindlichkeiten nur wenige Mikrometer dicke Al2O3- Neue Materialkombinationen für gesput- (k‑Faktoren > 10) erreichen. Die k‑Faktoren Schicht aufgebracht wird. Als sensorisch terte DMS ermöglichen eine Steigerung der verschiedener Me-DLC-Schichten sind in der funktionelle Schicht wird beispielsweise Dehnungsempfindlichkeit der Sensorschicht unten stehenden Grafik dargestellt. eine NiCr-Dünnschicht abgeschieden. (k-Faktor) und erhöhen so die Messgenau- Die Sensorschicht ist meist nur wenige igkeit. Ziel der Materialentwicklung ist eine Bei der Optimierung der Materialei- hundert Nanometer dick. Um die Löt- bzw. möglichst geringe Drift des Messsignals unter genschaften werden industrienahe Bondfähigkeit der Oberfläche herzustellen, rauen Umgebungsbedingungen (Temperatur- Her-stellungsverfahren und Testmethoden werden die Kontaktbereiche vergoldet. Für und Feuchteschwankungen). Das Fraunhofer für die DMS-Schichten angewandt. Wichtige die Realisierung eines definierten Wider- IST forscht an Materialkombinationen für Entwicklungsziele sind kurze Prozesszeiten standes wird die sensorische Schicht des Hochtemperaturanwendungen, z. B. für Mes- und eine hohe Stabilität der sensorischen Dehnungsmessstreifens üblicherweise mä- sungen am Abgasstrang oder in Triebwerken Eigenschaften für eine schnelle industrielle anderförmig strukturiert. Das kann sowohl (bis oberhalb 1000 °C). Darüber hinaus Umsetzung. Dehnungsempfindlichkeit verschiedener Me-DLC-Schichten (k-Faktor) in Abhängigkeit vom Metallgehalt der DLC-Schicht. 20 18 16 14 k-Faktor 12 10 8 6 1 Blick in einen Hochtemperatur- 4 ofen mit Messeinrichtungen zur 2 automatisierten DMS-Charakteri- 0 20 30 Ni-DLC 40 Fe-DLC 60 50 Me / (Me+C) [at %] Cu-DLC 70 80 90 sierung. 2 Sputter-Dehnungsmessstreifen auf komplexen metallischen Bauteilen.