sputter- dehnungsmessstreifen - Fraunhofer-Institut für Schicht

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
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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
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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-
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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.