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Vortrag

Deutliche Effizienzsteigerung in der FIB/SEM-Analyse durch Femtosekunden Laser Präparation

Freitag (18.09.2020)
11:00 - 11:20 Uhr Metallographie

In den letzten Jahren haben Focused Ion Beam (FIB)-Systeme, insbesondere Zweistrahlsysteme, bei denen eine fokussierte Ionenquelle und eine Elektronensäule in einem Gerät verbaut sind, in der Materialographie eine starke Verbreitung erfahren. Längst werden FIB-Systeme nicht mehr nur zur Probenpräparation für die Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) genutzt, sondern stellen eine eigene Geräteklasse zur Probenvorbereitung und Gefügecharakterisierung dar. FIB weist besonders in der zielgerichteten und hochgradig ortsaufgelösten Präparation sowie in der praktisch verformungsfreien Vorbereitung des Gefüges für die mikroskopische Analyse entscheidende Vorteile auf. Mit typischen Strahldurchmessern von etwa 5 nm bis hin zu einigen Mikrometern werden diese Systeme hauptsächlich zum Präparieren von Querschnitten im Bereich < 100 µm Breite und Tiefe genutzt. Es ist zwar möglich, auch Querschnitte von einigen 100 µm zu präparieren, dies ist jedoch mit erheblichem Zeit- und Kostenaufwand verbunden. Um die Lücke zwischen kleinen, ortsaufgelösten FIB-Querschnitten und der großflächigen aber weniger genau ortsaufgelösten, konventionellen mechanischen Probenvorbereitung zu schließen, wurde ein ZEISS Crossbeam FIB/SEM mit einem Femtosekunden Laser ausgestattet. Die Anwendung eines fs-Laser zeigt in bisherigen Veröffentlichungen aufgrund der zugrundeliegenden Physik einen nur minimalen Wärmeeintrag in das Probenmaterial und verspricht einen Materialabtrag ohne Aufschmelzungen und Verformungen. In den vorgestellten Untersuchungen wird die Entwicklung eines universalen Parametersatzes für die fs-Laser Präparation verschiedener Konstruktions- und Funktionswerkstoffe aufgezeigt (z.B. Kupfer, C-Stahl, hochlegierter austenitischer Stahl, Nickelbasis, Keramik, Lithium-Ionen-Batterien). Es gelingt mit dem ermittelten Parametersatz z.B. Querschnitte von ca. 250 µm breite und 150 µm Tiefe in unter 10 Minuten Präparationszeit herzustellen. Die Qualität der erzeugten Oberflächen ist dabei gut genug um das Gefüge der getesteten Materialien freizulegen und eine Analyse direkt am Laserschnitt durchzuführen. Die Arbeit zeigt die Vorteile eines in ein FIB/SEM System integrierten fs-Laser Systems für die Anwendung in Materialforschung und -Entwicklung sowie der Qualitätssicherung.

Sprecher/Referent:
Tim Schubert
Hochschule Aalen - Technik und Wirtschaft
Weitere Autoren/Referenten:
  • Dr. Stephan Hiller
    Carl Zeiss Microscopy GmbH
  • Tobias Volkenandt
    Carl Zeiss Microscopy GmbH
  • Dr. Timo Bernthaler
    Hochschule Aalen - Technik und Wirtschaft
  • Prof. Dr. Gerhard Schneider
    Hochschule Aalen - Technik und Wirtschaft