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2009
Conference Paper
Titel
Abbildung und Messung elastischer Materialeigenschaften in polykristallinen Metallen mit hoher Ortsauflösung mittels Ultraschallkraftmikroskopie
Abstract
Der dynamische Betriebsmode von Kraftmikroskopen AFAM (Atomic Force Acoustic Microscopy) nutzt die Schwingungsresonanzen der Kraftmikroskopblattfedern im Ultraschallfrequenzbereich bei Kontakt mit einer Probenoberfläche zur Abbildung und Messung lokaler elastischer Eigenschaften. Mit diesem Kontaktresonanzspektroskopieverfahren wurden Kontaktsteifigkeitsverteilungen in polykristallinen Metallen (Nickelbasislegierung 625 und 9Cr-1Mo ferritischer Stahl) abgebildet. Die Indentationsmoduli von Ausscheidungen in den Werkstoffen konnten mit dem Indentationsmodul der Matrix als Referenz quantitativ bestimmt werden. Hierbei wurde ausgenutzt, dass die anisotropen Indentationsmoduli von Metallen kubischer Einkristallsymmetrie wenig von dem makroskopischen Wert der isotropen Polykristalle abweichen. Um die quantitative Auswertung von AFAM-Daten zu verbessern, wurden mit der Finiten Elemente Methode (FEM) Biege- und Torsionsresonanzen von Siliziumfederbalken berechnet. Hierbei wurde die elastische Einkristallanisotropie von Silizium berücksichtigt. Die Ergebnisse der FEM-Simulationen wurden mit analytischen Berechnungen und gemessenen Resonanzfrequenzen von Blattfedern verglichen. Der Einfluss der verschiedenen Geometrieparameter der Blattfedern auf die Ergebnisse wurde diskutiert.