Mikroskopie

Lichtmikroskope sind ein unverzichtbares Hilfsmittel in der Werkstoffprüfung. Sie erlauben die detaillierte, visuelle Inspektion von Oberflächen oder gestatten Einblicke in den mikroskopischen Aufbau metallischer Gefüge. Im Rahmen der Untersuchung von Werkstoffen kommen üblicherweise Auflichtmikroskope zum Einsatz, mit denen die Prüfkörper in reflektiertem Licht begutachtet werden. Die Vergrößerung im Rahmen der mikroskopischen Untersuchung wird durch die Vergrößerung des Objektivs (x5...x100) und des Okulars (x10) bestimmt, Vergrößerungen bis zu x1000 sind erreichbar. Hierbei wird die maximal erreichbare Auflösung durch die Wellenlänge des sichtbaren Lichtes begrenzt und beträgt bei professionellen Geräten ca. 250 nm. Durch den Einsatz verschiedener Abbildungsverfahren und Beleuchtungstechniken können strukturelle Auffälligkeiten in den Präparaten problemangepasst hervorgehoben werden.

Abbildungsverfahren in der Lichtmikroskopie:

  • Hellfeldbeleuchtung:
    Die Hellfeldabbildung ist das Standardverfahren in der Lichtmikroskopie, wobei die Probe nahezu senkrecht beleuchtet wird. Das von der Probe reflektierte Licht und das durch das Objektiv gebeugte und diffus reflektierte Licht wird zur Abbildung genutzt. Einsatzgebiete für Hellfeldbeleuchtung: Bewertung des Gefüges metallischer Werkstoffe, Charakterisierung von Füllstoffen und Glasfasern in Polymeren.
  • Dunkelfeldbeleuchtung:
    Über eine kreisförmige, axial angeordnete Blende werden die Mittelstrahlen des Lichtbündels ausgeblendet. Der übrigbleibende kreisringförmige Lichtstrom fällt in der Höhe der Objektivfrontlinse auf einen kegelmantelförmigen Metallspiegel und wird von dort schräg auf die Probenoberfläche reflektiert. Einsatzgebiete für Dunkelfeldbeleuchtung: Abbildung der natürlichen Farben von Gefügebestandteilen, Abbildung stark reflektierender Probenoberflächen.
  • Polarisiertes Licht:
    Über einen Polarisationsfilter (Polarisator) wird das Licht der Lichtquelle linear polarisiert, trifft auf die Probe und wird dort reflektiert. Im Nachgang wird ein weiterer Polarisationsfilter (Analysator) in den Strahlengang gebracht. Beide Filter befinden sich in "gekreuzte Stellung" zueinander, d.h. es findet eine Auslöschung des Lichtbündels statt. Sofern das Probenmaterial nun aber einen doppelbrechenden (anisotropen) Aufbau hat, wird die Polarisationsrichtung verschoben, wodurch die Lichtauslöschung teilweise kompensiert wird. Einsatzgebiete für polarisiertes Licht: Darstellung (teil)kristalliner Strukturen in keramischen und polymeren Werkstoffen, Abbildung und Identifizierung von intermetallischen Verbindungen.
  • Phasenkontrastverfahren:
    Die beiden Polarisationsfilter (Polarisator, Analysator) befinden sich in gekreuzter Stellung, zusätzlich wird eine sog. Phasenplatte in den Strahlengang des Mikroskops am Ort der Brennebene eingeführt. Kleine Phasenverschiebungen, verursacht durch minimale Höhenänderungen in der Probe, werden als Hell-Dunkel-Kontrast sichtbar gemacht. Einsatzgebiete des Phasenkontrastverfahrens: Sichtbarmachen der Gefügestruktur am ungeätzen Schliff, Darstellung intermetallischer Phasen, Abbildung der Oberflächentopografie.

Beispiele für lichtmikroskopische Untersuchungen:

  • Metallografische Gefügeuntersuchungen (Reinheitsgrad, Korngröße, Porositätsanalysen)
  • Charakterisierung des Aufbaus und Vermessung der Dicke von Beschichtungssystemen
  • Bewertung der Verteilung von Füllstoffen und Faseranteilen in Kunststoffen
  • Untersuchung von teilkristallinen Überstrukturen und fertigungsbedingten Einflüssen in Polymeren
  • Charakterisierung des Aufbaus von Komponenten in der Mikroelektronik
  • Abnahme von Leiterplatten und Baugruppen nach IPC-Standards

 

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