Mikrozugprüfung - Versionsgeschichte

Loeffler-Kamann am 26. Februar 2025 um 10:23 Uhr

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	Mit dieser Mikrozugprüfmaschine kann der [[Elastizitätsmodul]] sowie das [[Festigkeit]]s- und Deformationsverhalten von Mikrozugprüfkörpern, Faserbündeln oder Einzelfasern z. B. für die Ermittlung von Daten für Simulationsrechnungen effizient ermittelt werden. Zyklische Versuche bei niedrigen Frequenzen (LCF) an Kleinstbauteilen oder zum Bondverhalten von feinsten Drähten sind im Zugschwellbereich (siehe: [[Ermüdung]]) ebenfalls realisierbar, wobei der [[Antriebe für Materialprüfmaschinen\|Antrieb der Universalprüfmaschine]] in jedem Belastungsfall mit den maschinentechnischen Anforderungen der Mikrozuprüfmaschine konform sein muss.		Mit dieser Mikrozugprüfmaschine kann der [[Elastizitätsmodul]] sowie das [[Festigkeit]]s- und Deformationsverhalten von Mikrozugprüfkörpern, Faserbündeln oder Einzelfasern z. B. für die Ermittlung von Daten für Simulationsrechnungen effizient ermittelt werden. Zyklische Versuche bei niedrigen Frequenzen (LCF) an Kleinstbauteilen oder zum Bondverhalten von feinsten Drähten sind im Zugschwellbereich (siehe: [[Ermüdung]]) ebenfalls realisierbar, wobei der [[Antriebe für Materialprüfmaschinen\|Antrieb der Universalprüfmaschine]] in jedem Belastungsfall mit den maschinentechnischen Anforderungen der Mikrozuprüfmaschine konform sein muss.


			==Siehe auch==
			*[[In-situ-Zugversuch im ESEM mit SEA]]
			*[[In-situ-Zugversuch im NMR]]
			*[[Mikroschädigungsgrenze]]
			*[[In situ Ultramikrotomie]]
			*[[Biegeversuch und Lichtmikroskopie]]


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	\|[[Grellmann,_Wolfgang\|Grellmann, W.]], [[Seidler,_Sabine\|Seidler, S.]] (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (~~2015~~) 3. Auflage, S. ~~683–687~~ (ISBN 978-3-446-~~44350~~-1; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 18)		\|[[Grellmann,_Wolfgang\|Grellmann, W.]], [[Seidler,_Sabine\|Seidler, S.]] (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (2025) 4. Auflage, S. 701–705 (ISBN 978-3-446-44718-9; E-Book: ISBN 978-3-446-48105-3; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 23)
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	[[Kategorie:Hybride Methoden]]		[[Kategorie:Hybride Methoden]]
	[[Kategorie:Morphologie und Mikromechanik]]		[[Kategorie:Morphologie und Mikromechanik]]

Oluschinski am 13. August 2019 um 06:20 Uhr

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	Dieses Prüfsystem verfügt neben der internen Wegmesseinheit über eine integrierte Videoaufzeichnung und ist optional mit einem ESPI (Laser-Speckle-Extensometer) aufrüstbar. Das Mikroprüfsystem erlaubt quasistatische [[Zugversuch\|Zug]]-, [[Druckversuch\|Druck]] und [[Biegeversuch]]e als auch Scherversuch mit einer maximalen [[Prüfgeschwindigkeit]] von 120 mm/s bei einem Messweg von 10 mm. Die Wegauflösung beträgt 20 nm bei einer Genauigkeit von 3 µm. Die kleinste [[Elektro-Mechanischer Kraftaufnehmer\|Kraftmessdose]] hat mit 10 N eine Genauigkeit von 0,05 N. Damit lassen sich [[Zugversuch]]e an Mikroprüfkörpern und Bonddrähten, Scherversuche an Lötverbindungen als auch [[Härte#Instrumentierte Härteprüfung\|registrierende Härteprüfungen]] und [[Druckversuch]]e an unterschiedlichsten Werkstoffen realisieren. Im dynamischen Versuchsmodus mit bis zu 50 Hz können auch [[Bauteilprüfung\|Bauteiltests]] z. B. an Mikroschaltern oder biomedizinischen Materialien durchgeführt werden.		Dieses Prüfsystem verfügt neben der internen Wegmesseinheit über eine integrierte Videoaufzeichnung und ist optional mit einem [[Electronic-Speckle-Pattern-Interferometrie\|ESPI (Laser-Speckle-Extensometer)]] aufrüstbar. Das Mikroprüfsystem erlaubt quasistatische [[Zugversuch\|Zug]]-, [[Druckversuch\|Druck]] und [[Biegeversuch]]e als auch Scherversuch mit einer maximalen [[Prüfgeschwindigkeit]] von 120 mm/s bei einem Messweg von 10 mm. Die Wegauflösung beträgt 20 nm bei einer Genauigkeit von 3 µm. Die kleinste [[Elektro-Mechanischer Kraftaufnehmer\|Kraftmessdose]] hat mit 10 N eine Genauigkeit von 0,05 N. Damit lassen sich [[Zugversuch]]e an Mikroprüfkörpern und Bonddrähten, Scherversuche an Lötverbindungen als auch [[Härte#Instrumentierte Härteprüfung\|registrierende Härteprüfungen]] und [[Druckversuch]]e an unterschiedlichsten Werkstoffen realisieren. Im dynamischen Versuchsmodus mit bis zu 50 Hz können auch [[Bauteilprüfung\|Bauteiltests]] z. B. an Mikroschaltern oder biomedizinischen Materialien durchgeführt werden.

	==Der Mikrozugversuch==		==Der Mikrozugversuch==
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	\|Grellmann, W., [[Seidler,_Sabine\|Seidler, S.]] (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (2015) 3. Auflage, S. 683–687 (ISBN 978-3-446-44350-1; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 18)		\|[[Grellmann,_Wolfgang\|Grellmann, W.]], [[Seidler,_Sabine\|Seidler, S.]] (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (2015) 3. Auflage, S. 683–687 (ISBN 978-3-446-44350-1; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 18)
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	[[Kategorie:Hybride Methoden]]		[[Kategorie:Hybride Methoden]]
	[[Kategorie:Morphologie und Mikromechanik]]		[[Kategorie:Morphologie und Mikromechanik]]

Reincke am 18. Dezember 2017 um 10:32 Uhr

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			[[Kategorie:Hybride Methoden]]
	[[Kategorie:Morphologie und Mikromechanik]]		[[Kategorie:Morphologie und Mikromechanik]]

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Mikrozugprüfung

==Entwicklung von Miniaturprüfkörpern==

Die zunehmende Miniaturisierung von Bauteilen der Mikroelektronik und Mikrosystemtechnik erfordert die genaue Kenntnis des Festigkeits- und Verformungsverhaltens als auch der Schädigungs- und Bruchmechanismen, um die Funktionsfähigkeit derartiger Mikrosysteme und -komponenten zu gewährleisten [1] (siehe auch: [[Mikroprüftechnik]]). Für die Auslegung und Konstruktion dieser Mikrobauteile, die Optimierung der Eigenschaften von [[Prüfung von Verbundwerkstoffen|Verbundwerkstoffen]] oder medizinische Applikationen sind zudem für die zuverlässige Simulation der Eigenschaften belastbare mikro- oder nanoskalige [[Kennwert]]e erforderlich. Da die Norm[[prüfkörper]] der [[Werkstoffprüfung|Werkstoff-]] und [[Kunststoffprüfung]] zur Erfassung der Materialeigenschaften von Mikrokomponenten ungeeignet sind, andererseits aber geometrieunabhängige Kennwerte (siehe [[Geometriekriterium]]) gefordert werden, wurden zunehmend spezielle Miniaturprüfkörper entwickelt, die allerdings prüfmethodisch und auch prüftechnisch hohe Voraussetzungen bedingen. An diese Prüfkörper werden aber auch hohe präparative und geometrische Anforderungen gestellt, da die Güte der [[Oberfläche]] und Geometriekonstanz sich erheblich auf das Kennwertniveau auswirken können. Zugleich haben [[ Zugversuch Eigenspannungen Orientierungen|Eigenspannung und Orientierungen]] sowie strukturell-morphologische Inhomogenitäten aufgrund des Spannungszustandes der [[Mikroprüftechnik|Miniaturprüfkörper]] einen größeren Einfluss als bei der Verwendung von Normprüfkörpern. Dadurch verlieren bewährte Aus- und Bewertungskonzepte der [[Kontinuumsmechanik|Kontinuums]]- und [[Bruchmechanik]] für Mikroprüfkörper ihre Gültigkeit, weshalb der Abhängigkeit der Werkstoffeigenschaften von den Prüfkörperabmessungen eine essentielle Bedeutung zukommt.

==in-situ-Experimente im ESEM==

Die Anforderungen dieser Miniaturprüfkörper an die Handhabung und [[Mikroprüftechnik|Prüftechnik]] sind dementsprechend sehr hoch. Während Mikroprüfeinrichtungen als Zubehör für [[in-situ-Zugversuch im ESEM mit SEA|in-situ-Experimente im ESEM]] (Enviromental Scanning Electron Microscope) schon den Standard darstellen ('''Bild 1''') sind externe Prüfeirichtungen erst in den letzten Jahren konzipiert und gebaut wurden.

[[Datei:Mikrozugpruefung_Bild1.JPG]]
{|
|- valign="top"
|width="50px"|'''Bild 1''':
|width="600px" |Mikrozugprüfsystem MT5000 von Deben, Surfolk, UK als Zusatz zum ESEM Quanta 600 FEG von FEI, Eindhoven, Niederlande
|}

==Mikroprüfmaschinen==

Als Mikroprüfmaschinen bezeichnet man Prüfsysteme mit eine Nennlast <100 N, die bei einer Genauigkeitsklasse von 0,5 % je nach eingesetzter [[Elektro-Mechanischer Kraftaufnehmer|Kraftmessdose]] mindestens ab 0,5 N zuverlässige Messergebnisse produzieren. Diese Prüfmaschinen existieren als Zusatzsysteme für konventionelle [[Materialprüfmaschine|Universalprüfmaschinen]] oder als Stand-alone-Gerät. Ein typischer Vertreter einer unabhängigen Mikroprüfmaschine ist die inspekt micro LC100N der Fa. Hegewald & Peschke GmbH, Nossen, die sowohl für [[Quasistatische Prüfverfahren|quasistatische]] als auch dynamische Versuche (siehe: [[Ermüdung]]) einsetzbar ist ('''Bild 2''').

[[Datei:Mikrozugpruefung_Bild2.JPG]]
{|
|- valign="top"
|width="50px"|'''Bild 2''':
|width="600px" |Mikroprüfsystem inspekt-micro LC100N von Hegewald & Peschke, Nossen
|}

Dieses Prüfsystem verfügt neben der internen Wegmesseinheit über eine integrierte Videoaufzeichnung und ist optional mit einem ESPI (Laser-Speckle-Extensometer) aufrüstbar. Das Mikroprüfsystem erlaubt quasistatische [[Zugversuch|Zug]]-, [[Druckversuch|Druck]] und [[Biegeversuch]]e als auch Scherversuch mit einer maximalen [[Prüfgeschwindigkeit]] von 120 mm/s bei einem Messweg von 10 mm. Die Wegauflösung beträgt 20 nm bei einer Genauigkeit von 3 µm. Die kleinste [[Elektro-Mechanischer Kraftaufnehmer|Kraftmessdose]] hat mit 10 N eine Genauigkeit von 0,05 N. Damit lassen sich [[Zugversuch]]e an Mikroprüfkörpern und Bonddrähten, Scherversuche an Lötverbindungen als auch [[Härte#Instrumentierte Härteprüfung|registrierende Härteprüfungen]] und [[Druckversuch]]e an unterschiedlichsten Werkstoffen realisieren. Im dynamischen Versuchsmodus mit bis zu 50 Hz können auch [[Bauteilprüfung|Bauteiltests]] z. B. an Mikroschaltern oder biomedizinischen Materialien durchgeführt werden.

==Der Mikrozugversuch==

Eine spezielle Variante der [[Mikroprüftechnik]] stellt die von Dr. Wazau Mess- und Prüfsysteme GmbH, Berlin, vertriebene Mikrozugprüfmaschine dar, da sie als Zusatzeinrichtung für eine [[Materialprüfmaschine|Universalprüfmaschine]] konzipiert wurde ('''Bild 3''').

[[Datei:Mikrozugpruefung_Bild3.JPG]]
{|
|- valign="top"
|width="50px"|'''Bild 3''':
|width="600px" |Mikrozugprüfmaschine MZP, adaptiert an eine INSTRON 1362
|}

Der [[Zugversuch]] an Mikrozugprüfkörpern (Länge: 15 mm, Durchmesser: < 0,5 mm, Querschnitt: 1 mm2) unter Verwendung konventioneller Prüfeinrichtungen ist auf Grund des dominanten Auftretens von Einspanneffekten wie Querkräfte und Biegeeinfluss schwierig zu realisieren (siehe: [[Prüfkörpereinspannung]]). Eine perfekte axiale Positionierung des [[Prüfkörper]]s in der Lastlinie ist nur mit erheblichem Aufwand zu bewerkstelligen, weshalb Papiermasken mit eingeklebten Prüfkörpern als Einspannhilfe verwendet werden ('''Bild 4''').

[[Datei:Mikrozugpruefung_Bild4.JPG]]
{|
|- valign="top"
|width="50px"|'''Bild 4''':
|width="600px" |Verwendete Mikrozugprüfkörper
|}

Nach dem Einspannen wird die Papiermaske in der Mitte beidseitig getrennt und der [[Zugversuch]] kann anschließend durchgeführt werden. 
Mit dem im '''Bild 3''' dargestellten Messaufbau einer Mikrozugprüfmaschine können, neben geringen Kräften im mN-Bereich mit Hilfe induktiver Wegaufnehmer, auch geringe Dehnungswerte mit einer messtechnischen Auflösung von 100 nm exakt ermittelt werden. Die Messsysteme erlauben eine präzise reproduzierbare kraft- und dehnungsgeregelter Versuchsführung bei [[Quasistatische Prüfverfahren|quasistatischer]] [[Beanspruchung]] ('''Bild 5''').

[[Datei:Mikrozugpruefung_Bild5.JPG]]
{|
|- valign="top"
|width="50px"|'''Bild 5''':
|width="600px" |ZWICK Z020 mit adaptierter Mikrozugprüfmaschine MZP Wazau
|}

Mit dieser Mikrozugprüfmaschine kann der [[Elastizitätsmodul]] sowie das [[Festigkeit]]s- und Deformationsverhalten von Mikrozugprüfkörpern, Faserbündeln oder Einzelfasern z. B. für die Ermittlung von Daten für Simulationsrechnungen effizient ermittelt werden. Zyklische Versuche bei niedrigen Frequenzen (LCF) an Kleinstbauteilen oder zum Bondverhalten von feinsten Drähten sind im Zugschwellbereich (siehe: [[Ermüdung]]) ebenfalls realisierbar, wobei der [[Antriebe für Materialprüfmaschinen|Antrieb der Universalprüfmaschine]] in jedem Belastungsfall mit den maschinentechnischen Anforderungen der Mikrozuprüfmaschine konform sein muss.

'''Literaturhinweis'''
{|
|-valign="top"
|[1]
|Grellmann, W., [[Seidler,_Sabine|Seidler, S.]] (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (2015) 3. Auflage, S. 683–687 (ISBN 978-3-446-44350-1; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 18)
|}

[[Kategorie:Morphologie und Mikromechanik]]