Determination of breakdown voltage and withstand voltage
AT A GLANCE
To test the electrical insulation capability of materials, we carry out breakdown voltage measurements e.g. in accordance with DIN EN ISO 2376. These tests are particularly suitable for flat surfaces, while measurements near edges or at sharp-edged transitions are not permitted. As the test is carried out until a spark breakdown, the measurement can affect the surface. In a modified form with “wet” contacting, the finest cracks in insulating layers can be reliably detected.
AREAS OF APPLICATION
Testing of insulation layers on components such as coils, transformers, magnets and generators
Evaluation of oxide layers on anodized aluminium, magnesium and other materials
Inspection of paint layers with regard to layer thickness and freedom from defects
Testing electrical insulating films
Kontaktwinkelmessung
Die Kontaktwinkelmessung dient zur Feststellung der Oberflächenspannung sowie zur Bestimmung der Oberflächenenergie.
Durch Aufbringen eines Tropfens einer Messlösung auf die Oberfläche kann mittels der Bestimmung des Kontaktwinkels und anschließender Berechnung der Ober- und Grenzflächenspannung die Reinheit der Oberfläche bestimmt werden.
Anwendung
Bestimmung der Oberflächenreinheit von Halbleiterwafern und Bildschirmglassubstraten
Lackieren, Bedrucken und Beschichten von Metallen – Kunststoffen – Papieren
Entwicklung kosmetischer und pharmazeutischer Produkte, z.B. Salben, Cremes, usw.
Entwicklung von Hochleistungsverbundwerkstoffen
Optimieren des Adsorptionsverhaltens von saugfähigen Papieren
Entwicklung grenzflächenaktiver Pflanzenschutzmittel
Oberflächenfinish und die Reinigung von Textilien
Die Kontaktwinkelmessung zeigt, dass die Haftung zwischen zwei Phasen umso stärker ist, je ähnlicher sich die dispersen und polaren Anteile ihrer Oberflächenenergie oder Oberflächenspannung sind, was zu einer geringeren Grenzflächenenergie führt.
Gerät SCA 20 der Fa. Dataphysics
Elektronisches Spritzenmodul [ES] mit einer Hamilton 500µl Dosiernadel
Messmethoden: Sessile Drop [SD liegender Tropfen] statisch, Pendant Drop-Method
Die Kontaktwinkelauswertung wird mittels Tangenten-Methode durchgeführt
Die Tropfenkontur wird aus der Helligkeitsdifferenz zwischen Tropfen und Umgebung bestimmt.
Die Berechnung der Oberflächenspannung wird nach der Young-Laplace-Gleichung vorgenommen.
Die Auswertung der freien Oberflächenenergie [SE] wird meist nach OWRK [Owens-Wendt-Rabel und Kaelble] durchgeführt, dabei können auch die dispersen und polaren Anteile der Oberflächenenergie/-spannung bestimmt werden.
COMSOL Multiphysics
simulation von elektrochemischen Beschichtungsprozessen
Die Software ermöglicht die Vorhersage der Schichtdickenverteilung, Position und Form von Blenden und Hilfselektroden, Hilfestellung beim Gestell- und Anlagenbau.
Das Basic COMSOL Multiphysics Module ermöglicht durch typische Simulationen von Elektrolysezellen, die Bestimmung der Stromverteilung an der Elektrodenoberfläche sowie die Dicke und Zusammensetzung der abgeschiedenen Schichten. Diese Simulationen sind für folgende Untersuchungen nützlich:
Änderungen in der Zellgeometrie
Gestaltung von Gestellen
Bestückung von Gestellen
Betriebsspannungen und -ströme
Temperatureffekte
Mit dem COMSOL Electrodeposition Module ist die Simulation der primären, sekundären und teritären Stromverteilung in 3D, 2D und 1D anhand verschiedener Maßstäbe je nach Zielvorgaben möglich.
Mit dem Modul CAD-Import können 3D-Modelle von realen Bauteilen direkt in die Simulationssoftware importiert werden. Sind keine 3D-Modelle der Bauteile vorhanden, können die Bauteile in COMSOL Design skizziert werden.
Querschliff des Probenaufbaus für die selektive galvanische Abscheidung: 3D-gedruckter Kunststoff mit metallischer Startschicht, Cu-Kontaktfolie für die Stromversorgung, Blende für die selektive Abscheidung, Anode.
Simulation unter speziellen Abscheidebedingungen
Für spezielle Abscheidebedingungen stehen verschiedene Funktionen zur Verfügung. Es gibt z.B. die Möglichkeit, die Abscheidung dünner Schichten auf nichtleitende Oberflächen zu simulieren. Zusätzlich können Diffusion, Konvektion und Migration von chemischen Spezies in verdünnten und konzentrierten Lösungen sowie in porösen Medien modelliert werden.
Ergebnisse einer Simulation durch COMSOL Multiphysics
2D/3D-Zeichnungen der Zellgeometrie
Stromdichten- und Schichtdickenverteilung über die Elektrodenoberfläche
Konzentrationsverteilung
Vergleich zwischen Anfangsbedingungen und nach Zelloptimierungen (z.B. Zellgeometrie, Blenden, Stromfänger, Temperatur, …)
Wichtige Angaben, die wir benötigen:
Zellengeometrie einschließlich derjenigen des Bades und der Kathoden- und Anodenpositionen (isolierende Komponenten und Stromfänger)
Betriebsbedingungen: Ströme und Spannungen
Elektrolytzusammensetzung und Reaktionskinetik der Elektrode
Hydrodynamische Bedingungen (mit Einschränkungen)
Zusätzliche Informationen, die wir bei speziellen Abscheidebedingungen benötigen:
3D-Darstellung des Elektrolytvolumens einschließlich der Platzierung und Ausrichtung zum zu beschichtenden Bauteil und zur Anode. Abbildung der Schichtdickenverteilung auf dem Bauteil nach der galvanischen Abscheidung (µm).
Legierungsanalyse mit WD-RFA
Die Wellenlängendispersive Röntgenfluoreszenzanalyse ermöglicht präzise Materialanalysen durch die Untersuchung von Röntgenfluoreszenzemissionen, besonders geeignet für leichte Elemente.
Röntgenfluoreszenzverfahren zur Schichtdickenmessung und Materialanalyse
Fe, Ni, Co: ASTM E1085-2022; ASTM E572:2021; ASTM E2465:2019, DIN EN 10315:2006-10
Cu: DIN EN 15063-1: 2015-03, DIN EN 15063-2: 2007-01
Ti: ASTM E539:2019
Messfleck: 6, 10, 20, 27, 32, 37 mm + 1mm im sogenannten small-mapping Modus
Hohe Auflösung mit höchster Genauigkeit und sehr geringe Nachweisgrenzen, insbesondere für leichtere Elemente
Anwendungsmöglichkeiten
Hochpräzise Legierungsanalyse von
Copper alloys
Aluminium- und Titanlegierungen
Niedrig- und hochlegierten Stählen. Nickel- und Kobaltbasislegierungen
Semiquantitative Analysen von Feststoffen aller Art
Schichtanalysen mit dem Schwerpunkten:
sehr dünne Schichten
leichte Elemente
GDOES Optische Glimmentladungsspektroskopie
Zerstörungsfreie Analyse von Batterien und Brennstoffzellen
Mit der CT stellt das fem Kunden aus Industrie und Forschung eine Methode zur Verfügung, die eine zerstörungsfreie, dreidimensionale Erfassung und Charakterisierung beliebig komplexer Objekte aus allen Werkstoffklassen – Legierungen, Keramiken, Kunst- und Verbundwerkstoffe, biokompatible Werkstoffen sowie Baustoffe und Textilien – mit sämtlichen geometrischen und materialbezogenen Strukturen ermöglicht.
APPLICATION EXAMPLE: ELECTROCHEMICAL ENERGY SYSTEMS
Analysis of batteries (all cell formats, e.g. button cells, pouch cells, prismatic cells): Structure, contacting, deformations, impurities and causes of damage.
Characterisation of fuel cells: Geometry and distance measurements, material and failure analysis
Characterisation of components for batteries, fuel cells and electrolysis (e.g. electrodes, bipolar plates, gas diffusion layers)
Since 2010, we have been analysing a wide variety of objects, components and materials in our CT laboratory and dealing with a wide range of issues - quickly, precisely and reliably. Thanks to our extensive experience and our outstanding technology, we can provide you not only with measurement results, but also with real solutions to problems.
EXAMPLE PRICES FOR DIFFERENT MEASUREMENTS AND OBJECTS
2-D X-ray image Per component 20 €
Additive manufactured parts 30mm x 3mm x 2mm Resolution 16µm 37 €
Zn die-cast 60mm x 40mm x 10mm Resolution 40µm 37 €
Plastic plates soldered (Sn solder) 120mm x 80mm x 40mm Resolution 77µm 37 €
Plastic plates soldered (Sn solder) 120mm x 80mm x 40mm Resolution 30µm (4 Partial measurements) 367 €
Al Components 880mm x 350mm x 140mm Resolution 140µm (5 Partial measurements) 550 €
INDUSTRIAL APPLICATION
Non-destructive testing
Damage Analysis
Component testing, assembly inspection
Quality management
Metrology
Dimensional control, target/actual comparison
Shape detection, 3D wall thickness analysis
Reverse Engineering
SCIENTIFIC APPLICATION
Characterisation of different material classes
Density or particle distribution
Parameter optimisation using simulations
Changes of state
Computer-aided product development
TECHNISCHE DATEN
PHOENIX V|TOME|X L 450 (MICRO-CT)
PHOENIX NANOTOM M 180 (NANO-CT)
RÖNTGENRÖHRE / SPANNUNG
300 kV
180 kV
RÖNTGENRÖHRE / LEISTUNG
MAX. 500 W
MAX. 15 W
FLÄCHENDETEKTOR / AUFLÖSUNG
4 MEGAPIXEL
5 MEGAPIXEL
FLÄCHENDETEKTOR / GRAUSTUFENAUFLÖSUNG
16 BIT
14 BIT
FLÄCHENDETEKTOR / MESSBEREICHSERWEITERUNG
3-FACH
1,5-FACH
VOXELAUFLÖSUNG
< 2,0 µm
< 0,5 µm
MAXIMALE BAUTEILGRÖSSE / DURCHMESSER
800 mm
240 mm
MAXIMALE BAUTEILGRÖSSE / HÖHE
1000 mm
250 mm
MAXIMALE BAUTEILGRÖSSE / GEWICHT
100 kg
3 kg
MESSZEIT
je nach Größe und Material
je nach Größe und Material
X-Ray Diffractometry with Grazing Incidence (GIXRD).
Röntgendiffraktometrie zur Untersuchung von Metallen
Röntgendiffraktometrie bezeichnet die Beugung eines Röntgenstrahls an kristallinen Proben mit geordneter periodischer Struktur. Mit den drei Diffraktometern am fem können alle kristallinen Werkstoffe wie Metalle, Keramiken, dünne Schichten und Nanopartikel untersucht und verschiedene Informationen über Proben gewonnen werden:
Qualitativer Phasenbestand (Ausscheidungen in Metalllegierungen, Mischkristallhärtung etc.)
Quantitative Phasenzusammensetzung (z.B. Restaustenitgehalt in Stählen)
Mikrostruktur (Kristallitgröße, Mikrospannungen)
Kristallographische Textur (z.B. Vergleich von kaltgewalzten Blechen)
In-situ-Untersuchungen bei hohen Temperaturen in verschiedener Atmosphäre bis 900 °C (z.B. Phasenumwandlungen)
BEISPIELE FÜR UNTERSUCHUNGEN
Tiefenprofil der Eigenspannungen in oberflächengehärteten Stahl
Texturmessung an kaltgewalztem Kupferblech
In-situ-Untersuchung von Phasenumwandlungen im System Nickel-Zinn
Röntgendiffraktometrie iN DER Oberflächentechnik
Röntgendiffraktometrie bezeichnet die Beugung eines Röntgenstrahls an kristallinen Proben mit geordneter periodischer Struktur. Mit den drei Diffraktometern am fem können alle kristallinen Werkstoffe wie Metalle, Keramiken, dünne Schichten und Nanopartikel untersucht und verschiedene Informationen über Proben gewonnen werden:
Qualitativer Phasenbestand (z.B. Anodenbeläge in galvanischen Bädern, Dispersionsabscheidungen, Oberflächen in verschiedener Modifikation wie kubisches und hexagonales Bornitrid oder Molybdännitrid)
Quantitative Phasenzusammensetzung mit Rietveldanalyse
Mikrostruktur (z.B. Kristallitgröße von Katalysatorbeschichtungen)
Kristallographische Textur und Korrelation mit Eigenschaften
Eigenspannungen (z.B. Eigenspannungen in dünnen Schichten in Abhängigkeit von Prozessbedingungen)
Amorpher Anteil (z.B. im System Nickel-Phosphor)
In-situ-Untersuchungen bei hohen Temperaturen in verschiedener Atmosphäre bis 900 °C (z.B. Phasenumwandlungen in galvanischen Schichtsystemen)
Für die Oberflächentechnik spielt die Informationstiefe eine wichtige Rolle. Bei der Röntgendiffraktometrie kann sie durch die Wahl der experimentellen Bedingungen auf die jeweilige Fragestellung angepasst werden (Berechnete Informationstiefe der Röntgenstrahlung in einer galvanisch verzinkten Probe):
Bragg-Brentano-Geometrie mit Kupfer Ka-Strahlung: Informationstiefe 2,3 µm
Bragg-Brentano-Geometrie mit Molybdän Ka-Strahlung: Informationstiefe 18,5 µm
Streifender Einfall unter 1° mit Kupfer Ka-Strahlung: Informationstiefe 300 nm
Mittels Molybdänstrahlung können auch dickere Schichtsysteme untersucht und mit Röntgendiffraktometrie unter streifendem Einfall (Gracing Incidence X-Ray Diffraction, GIXRD) können Proben auch oberflächensensitiv untersucht werden.
Strahlengang der Röntgenstrahlung von Röntgenröhre über die Probe (S) zum Detektor (D) bei der XRD unter streifendem Einfall für oberflächensensitive Untersuchungen
TECHNISCHE AUSSTATTUNG
Siemens D5000
Röntgenstrahlung: Cr Ka, Cu Ka Primäroptik: Polykapillare Detektor: Szintillationszähler Besonderheit: Eulerwiege
Bruker D8 Discover in GADDS-Konfiguration
Röntgenstrahlung: Cu Ka Primäroptik: Göbelspiegel, Rundblende Detektor: 2D-Flächendetektor Vantec-500 Besonderheiten: Ortsauflösung, Fokussierung mit Laser-Video-Einheit, Hochtemperaturdiffraktometrie
Bruker D8 Discover Da Vinci Röntgenstrahlung: Cr Ka, Mo Ka
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