Was die Ritzprüfung der Haftung aussagt
Eine Beschichtung ist nur so gut wie ihre Haftung auf dem Substrat. Hartstoffschichten auf Werkzeugen, Lacke auf Metall, Elektrodenschichten, Beschichtungen von Medizinprodukten und optische Schichten versagen alle, wenn sie delaminieren. Die Ritzprüfung der Haftung führt das Versagen kontrolliert herbei und zeichnet die Last auf, bei der es eintritt. Sie ist eines der am weitesten verbreiteten Verfahren, um Beschichtungen zu vergleichen und die Abscheidequalität zu prüfen.
So funktioniert die Prüfung
- Die Probe wird mit dem integrierten Mikroskop unter dem Eindringkörper positioniert; bei kleinen Strukturen erreicht die Positionierung 0,25 µm.
- Der Eindringkörper setzt auf der Oberfläche auf und fährt eine festgelegte Strecke ab, während die Normalkraft linear von einer Start- zu einer Endlast ansteigt.
- Eindringtiefe, Reibung und Schallemission werden kontinuierlich aufgezeichnet. Ein Vor- und Nachscan bei sehr geringer Last liefert die tatsächliche und die verbleibende Ritztiefe.
- Der gesamte Ritz wird abgebildet, jede Versagensstelle wird lokalisiert und in eine kritische Last umgerechnet.
Wiederholte Ritze unter identischen Bedingungen bestätigen die Reproduzierbarkeit. Auf dem PB1000 führt die automatisierte Mehrfachritzprüfung dieselbe Prüfung an vielen gleichartigen Proben durch.
Die Versagensfolge lesen
Ein Ritz mit steigender Last zeigt typischerweise eine Abfolge von Versagen, jedes mit seiner kritischen Last:
- Lc1: erste kohäsive Schädigung, etwa Risse oder leichte Abplatzungen;
- Lc2: Beginn des adhäsiven Versagens, die Schicht beginnt sich abzulösen;
- Lc3: vollständige Delamination, das Substrat liegt entlang der Spur frei.
Die Studie von NANOVEA zu Gold auf Quarz zeigt die klassische Abfolge: Abplatzungen bei 11,15 N, wiederholtes adhäsives Versagen ab 16,29 N und vollständige Delamination bei 19,09 N.
Von Nano bis Mikro
Schichtdicke und Festigkeit bestimmen den Lastbereich. Polymerbeschichtungen auf Stentstreben von etwa 100 µm Breite erfordern die Nano-Ritzprüfung mit Lasten im mN-Bereich und feinen Spitzen. NANOVEA maß die erste Schädigung bei etwa 14,5 mN und die vollständige Delamination bei etwa 78,1 mN. Nitridschichten, Lacke auf Metall und Drahtbehandlungen erfordern die Mikro-Ritzprüfung mit Lasten im N-Bereich. Beide Module lassen sich auf demselben Gerät montieren.
Warum die Messsignale wichtig sind
Die optische Untersuchung bleibt die Referenz für die Bestimmung des Versagens, doch die aufgezeichneten Signale machen die Auswertung belastbar. Die Reibung ändert sich oft, wenn der Eindringkörper bis zum Substrat durchbricht, die Tiefe zeigt bei Abplatzungen plötzliche Sprünge, und die Schallemission erfasst Rissereignisse. In der TiN-Studie von NANOVEA waren die niedrigeren kritischen Lasten der schwächeren Schicht in allen drei Signalen ebenso sichtbar wie in den Bildern.
