TY - THES

T1 - Lokale Verformungsanalyse an einkristallinen Cu- und Au-Mikrozugproben mit Hilfe von Bildkorrelationsverfahren und AFM-Messungen

AU - Konetschnik, Ruth

N1 - gesperrt bis null

PY - 2012

Y1 - 2012

N2 - Die fortschreitende Miniaturisierung von Bauelementen bedingt, dass auch deren metallische Komponenten immer kleiner werden. Aus diesem Grund wird es immer wichtiger, die mechanischen Eigenschaften und insbesondere das Verformungsverhalten von Metallen in kleinen Dimensionen (in der Größenordnung von wenigen µm und darunter) besser zu verstehen. Bei kleinen Probenvolumina findet die Verformung oft auf wenigen Gleitstufen statt. Somit sind die lokalen Dehnungen um ein Vielfaches höher als die globale Dehnung. Um diese Vorgänge besser verstehen zu können, muss es möglich sein, die lokalen Dehnungen darzustellen und zu quantifizieren. Eine Möglichkeit zur Darstellung lokaler Verformungen bieten Bildkorrelationsverfahren (auch bekannt unter dem Begriff „Verformungsmatching“). Es werden rasterelektronenmikroskopische Bilder (REM-Bilder) der unterschiedlichen Verformungsstadien aufgenommen und mit Hilfe eines Matching-Algorithmus miteinander verglichen. Aus den so erhaltenen Daten können Dehnungskarten erstellt werden, die die lokalen Oberflächendehnungen darstellen. Eine weitere Möglichkeit bietet das Rasterkraftmikroskop (engl.: atomic force microscope, AFM), mit dem die Höhe der Gleitstufen vermessen werden kann (auch das ist ein Maß für die lokalen Dehnungen). Da sich AFM-Messungen besonders für kleine Verformungen eignen, jedoch das Verformungsmatching erst bei höheren Verformungen eingesetzt werden kann, liefert eine Kombination der beiden Methoden den besten Überblick über den kompletten Dehnungsbereich. Die im Rahmen der Arbeit getesteten Zugproben wurden mit einem Rasterionenmikroskop (engl.: focused ion beam workstation, FIB) aus Kupfer- bzw. Goldeinkristallen in vorher definierten Orientierungen hergestellt und in-situ im REM gezogen. Es konnte gezeigt werden, dass es möglich ist, Mikrozugproben so zu präparieren, dass ein Verformungsmatching qualitativ sinnvolle Ergebnisse liefert. Zum jetzigen Zeitpunkt ist es jedoch noch nicht möglich, quantitative Aussagen über den Verformungsprozess zu treffen. Ähnliches gilt für die AFM-Messungen. Da die Untersuchungen außerhalb des Rasterelektronenmikroskops durchgeführt werden müssen, ist es sehr aufwändig, mehrere Verformungsschritte mit dieser Methode abzubilden und den Verformungsprozess genau zu charakterisieren. Sowohl in Bezug auf das Verformungsmatching als auch in Bezug auf die AFM-Messungen sind noch weitere Optimierungen an den Techniken notwendig, welche in weiteren Arbeiten durchgeführt werden. Zum Beispiel bietet die Entwicklung eines in-situ-AFMs – ein aktuelles Projekt am Institut – für die Zukunft die Möglichkeit, detailliertere Informationen über das lokale Verformungsverhalten von Metallen zu gewinnen.

AB - Die fortschreitende Miniaturisierung von Bauelementen bedingt, dass auch deren metallische Komponenten immer kleiner werden. Aus diesem Grund wird es immer wichtiger, die mechanischen Eigenschaften und insbesondere das Verformungsverhalten von Metallen in kleinen Dimensionen (in der Größenordnung von wenigen µm und darunter) besser zu verstehen. Bei kleinen Probenvolumina findet die Verformung oft auf wenigen Gleitstufen statt. Somit sind die lokalen Dehnungen um ein Vielfaches höher als die globale Dehnung. Um diese Vorgänge besser verstehen zu können, muss es möglich sein, die lokalen Dehnungen darzustellen und zu quantifizieren. Eine Möglichkeit zur Darstellung lokaler Verformungen bieten Bildkorrelationsverfahren (auch bekannt unter dem Begriff „Verformungsmatching“). Es werden rasterelektronenmikroskopische Bilder (REM-Bilder) der unterschiedlichen Verformungsstadien aufgenommen und mit Hilfe eines Matching-Algorithmus miteinander verglichen. Aus den so erhaltenen Daten können Dehnungskarten erstellt werden, die die lokalen Oberflächendehnungen darstellen. Eine weitere Möglichkeit bietet das Rasterkraftmikroskop (engl.: atomic force microscope, AFM), mit dem die Höhe der Gleitstufen vermessen werden kann (auch das ist ein Maß für die lokalen Dehnungen). Da sich AFM-Messungen besonders für kleine Verformungen eignen, jedoch das Verformungsmatching erst bei höheren Verformungen eingesetzt werden kann, liefert eine Kombination der beiden Methoden den besten Überblick über den kompletten Dehnungsbereich. Die im Rahmen der Arbeit getesteten Zugproben wurden mit einem Rasterionenmikroskop (engl.: focused ion beam workstation, FIB) aus Kupfer- bzw. Goldeinkristallen in vorher definierten Orientierungen hergestellt und in-situ im REM gezogen. Es konnte gezeigt werden, dass es möglich ist, Mikrozugproben so zu präparieren, dass ein Verformungsmatching qualitativ sinnvolle Ergebnisse liefert. Zum jetzigen Zeitpunkt ist es jedoch noch nicht möglich, quantitative Aussagen über den Verformungsprozess zu treffen. Ähnliches gilt für die AFM-Messungen. Da die Untersuchungen außerhalb des Rasterelektronenmikroskops durchgeführt werden müssen, ist es sehr aufwändig, mehrere Verformungsschritte mit dieser Methode abzubilden und den Verformungsprozess genau zu charakterisieren. Sowohl in Bezug auf das Verformungsmatching als auch in Bezug auf die AFM-Messungen sind noch weitere Optimierungen an den Techniken notwendig, welche in weiteren Arbeiten durchgeführt werden. Zum Beispiel bietet die Entwicklung eines in-situ-AFMs – ein aktuelles Projekt am Institut – für die Zukunft die Möglichkeit, detailliertere Informationen über das lokale Verformungsverhalten von Metallen zu gewinnen.

KW - Mikromechanik

KW - Zugversuch

KW - Bildkorrelationsverfahren

KW - Rasterkraftmikroskopie (AFM)

KW - Versetzungen

KW - plastische Verformung

KW - micromechanics

KW - tensile test

KW - image correlation methods

KW - atomic force microscopy (AFM)

KW - dislocations

KW - plastic deformation

M3 - Diplomarbeit

ER -