ANALIZEmulti

Analyse von Beschichtung und Werkstückmaterial & Messung von Schichtdicken in Mehrschichtsystemen

In vielen Produktionsprozessen ist es wichtig, Dicke und Zusammensetzung von Beschichtungen oder Oberflächenmaterial zu prüfen. Das optische Messsystem ANALIZEmulti bestimmt die Zusammensetzung von Beschichtung und Werkstückmaterial sowie die Dicke von Beschichtungen mithilfe von Laserinduzierter Plasmaspektroskopie (Laser Induced Breakdown Spectroscopy, LIBS). Schichten mit Stärken von 500 nm bis 50 µm misst ANALIZEmulti mit einer Genauigkeit von ± 5 Prozent. Auch die vollständige Charakterisierung von Mehrschichtsystemen ist mit ANALIZEmulti möglich. ANALYZEmulti prüft metallische Schichten auf Metallbauteilen ebenso wie Korrosionsschutzschichten auf Metallen. Auch viele andere Funktionsschichten – etwa Passivierungen, Veredelungen oder Schutzschichten – charakterisiert das System schnell und zuverlässig.

LIBS-Verfahren: Mehrere Laserpulse ermöglichen Messung in drei Dimensionen

Beim LIBS-Verfahren wird mithilfe eines Kurzpulslasers eine winzige Materialmenge des Oberflächenmaterials in ein Plasma überführt. Dieses Plasma leuchtet mit einem materialspezifischen Lichtspektrum. Die spektrale Verteilung des Lichts wird in Echtzeit aufgenommen. Anhand der Spektraldaten wird die Elementverteilung am Messpunkt bestimmt. ANALIZEmulti arbeitet mit mehreren Laserpulsen, die in sehr schneller Folge auf denselben Punkt der Bauteiloberfläche eingestrahlt werden. So wird die Elementverteilung als Funktion der Tiefe erfasst. Dies ermöglicht eine vollständige Analyse der Zusammensetzung von Beschichtung und Werkstückmaterial sowie der Dicke der Beschichtung.

Inline-System

Im Produktionsprozess bestimmt ANALIZEmulti die Beschichtungsdicke innerhalb weniger Sekunden und gibt die Werte als Regelgröße für Folgeprozesse aus. Bei der Herstellung von Leistungselektronik oder Halbleiterbauteilen beispielsweise ist es möglich, Ätz- oder Laserbearbeitungsprozesse je nach erreichter Beschichtungsdicke anzupassen.

Laborsystem

Als Laborsystem kann ANALIZEmulti für die schnelle, stichprobenartige Prüfung von Bauteilen im Rahmen der Qualitätssicherung eingesetzt werden. Sobald die zu untersuchenden Bauteile in das System eingelegt wurden, werden Spektren an vorher definierten Positionen vollautomatisch aufgenommen und ausgewertet. Information über Schichtdicke oder Zusammensetzung des Materials stehen unmittelbar zur Verfügung.

Spezifische Anwendungen

Inline-Elementanalyse: Elektroden für Li-Ionen-Batterien effizienter produzieren
© Fraunhofer IPM
Fraunhofer IPM und Fraunhofer ISIT haben auf Basis der LIBS-Technologie ein Inline-Messsystem entwickelt, mit dem die chemische Zusammensetzung beschichteter Elektrodenfolien punktweise in einer Art 3D-Mapping quantitativ erfasst werden kann.
Inline-Materialprüfung mit LIBS
© Fraunhofer IPM
Inline-Messung der tiefenaufgelösten Materialzusammensetzung

Materialanalyse bei der Batterieherstellung und im Recycling

Inline-Prozesssteuerung beim Lithiumrecycling

Mit dem LIBS-Verfahren können sowohl leichte Elemente wie Lithium und Graphit, als auch Metalle wie Cobalt, Nickel und Mangan gemessen werden. Es eignet sich daher besonders für Anwendungen in der Batterieherstellung und dem Recycling. Die Messung erfolgt rein optisch und kann auch an bewegten Materialien direkt in der Herstellung eingesetzt werden. Die Messung kann sowohl an Feststoffen als auch an Flüssigkeiten durchgeführt werden.

Konkrete Anwendungen

  • Analyse von Lithiumgehalt in Feststoffen und in Lösung
  • Messung der Homogenität von NMC, Graphit, Lithium in Kathoden
  • Tiefenaufgelöste Elementverteilung im Aktivmaterial
  • Inlinemessung

© Fraunhofer IPM
Bildgebende Schichtdickenmessung einer Härtungsschicht auf einer Wendeschneidplatte

Oberflächenprüfung und Schichtanalyse

Schnelle, präzise Schichtdickenmessung und Elementanalyse

Das LIBS-Verfahren kann sowohl zur Legierungsbestimmung und Beschichtungsprüfung als auch zur Schichtdickenmessung im Bereich von Nanometern bis 100 Mikrometern eingesetzt werden. Auch die tiefenaufgelöste Messung der Elementzusammensetzung ist möglich.

Konkrete Anwendungen

  • Bildgebende Schichtdickenmessung
  • Schichtdicken 1 nm - 3 µm als Einzelpulsmessung inline und offline
  • 1µm – 100 µm als Multipulsmessung nearline
  • PVD-/CVD-/Galvanische Schichten
  • Metallische Tauch-/Sprühbeschichtungen
  • Korrosionsschutzschichten

Materialanalyse von Feststoffen
© Fraunhofer IPM
Gesteinsanalyse mit dem ANALIZE-System

Materialanalyse von Feststoffen

Zusammensetzung bestimmen – Gefahrstoffe analysieren

Das LIBS-Verfahren kann für die Bestimmung der Zusammensetzung von Metall oder Beton eingesetzt werden. Es ermöglicht ferner eine Analyse von Gefahrstoffen wie Asbest oder Spurenelementen oder des Metallgehaltes in Gesteinen.

Konkrete Anwendungen

  • Inline-Elementanalyse
  • Bestimmung von Spurenelementen in Gestein, Sand, Beton
  • Asbesterkennung