7 Method 2 
a Untersuchung der Kraterbildung und Mikrostrukturänderung an der 
Probenoberfläche mittels fokussiertem Ionenstrahlmikroskop 
Flavio Soldera®, Birgit Heiland®, Nenad Ilic®, Natacha Manent Conesa'?, Frank Miicklich® 
Miley - o Institut fiir Funktionswerkstoffe, Universitit des Saarlandes, Saarbriicken, Deutschland 
oh Max-Planck Institut fiir Metallforschung, Stuttgart, Deutschland 
& but the accurac) 
TONS, 
hed su can Kurzfassung 
nested hp Die Kraterbildung bei Elektrodenoberflichen ist die Folge des Einwirkens von hochenergetischen 
Cement ey Lichtbogen an der Werkstoffoberflidche. Ziel ist die Untersuchung der verschiedenen Teilprozesse 
2 location before wie Verdampfen, Schmelzen, Kristallisation und von verschiedenen Arten der Defektbildung. Dazu 
dependent of each muss die geometrische sowie die mikrostrukturelle Änderung an der Materialoberfläche lokal 
est features which beobachtet werden. | | 
rend em i Die Oberflichenprofile der Krater können mittels mikroskopischer Methoden, wie 
Rasterkraftmikroskopie oder WeiBlichtinterferometrie (WLI), vermessen werden. Einerseits liegt 
die vertikale Empfindlichkeit beider Methoden in der gleichen Größenordnung, aber die laterale 
Auflösung des WLI ist wegen der Abbe-Grenze für Licht beschränkt. Andererseits kann die zu 
messende Fläche mit der WLI viel größer gewählt werden. Deshalb ist die WLI gut einsetzbar für 
vt mer a die Detektion und Quantifizierung des auf der Werkstoffoberfliche zufällig verteilten Krater [1]. 
vd within it Zur Charakterisierung der Mikrostruktur rund um die Krater und unter den Kratern benötigt man 
esc zielpräparierte Querschnitte der einzelnen Krater, deren Dimensionen im Mikrometerbereich liegen. 
a Die beste Vorbereitungsmethode ist die Anwendung eines fokussierten Ionenstrahls, um den Krater 
zu durchschneiden. Danach kann die Schnittfläche beobachtet werden. Mit Hilfe des angewendeten 
[onenstrahls kann die weitere Präparation der Mikrostruktur in situ vorgenommenen und 
beobachtet werden bis der optimale Kontrast erreicht ist. Deswegen ist die Anwendung des 
aring Grids in Ionenstrahlmikroskops sehr wertvoll für solche Untersuchungen. 
en’, Stahlund 1, Einleitung 
Wenn die elektrische Spannung zwischen zwei Elektroden groß genug ist, kommt es zu einer 
hness in Three Entladung. Bei Anwesenheit eines Gases wird dieses ionisiert. Die Ionen werden zur Kathode 
RTE, beschleunigt und die Elektronen zur Anode. Der Ionen- bzw. Elektronenstol heizt die 
oo Materialoberfliche auf. Weitere Aufheizung erfolgt durch Joulesche Erwidrmung wegen der grofien 
eibung bei der Stromdichte. Das Material wird zum Teil geschmolzen, verdampft und sogar ionisiert. Ferner 
; entsteht ein großer Druck im Plasma, der das geschmolzene Material verschiebt und zur Emission 
cured Gude 10 von Tröpfchen aus der Schmelze führen kann. Deswegen kommt es zur Bildung eines Kraters und 
. zum Materialverlust [2]. Die bei Laborbedingungen entstehenden Krater sind zwischen 2 und 30 
hpringer Verlag, pm breit und zwischen 0,2 und 2 pm tief. 
In einer vorherigen Veröffentlichung [1] wurde eine Methode zur Messung des Materialabtrags 
scher jedes Kraters dargestellt. Dazu wurde ein Weißlichtinterferometer (WLI) zur 
Mikrotopographiemessung eingesetzt. Einzelkrater wurden vermessen und damit der Materialabtrag 
für verschiedene Materialen mit großer Genauigkeit bestimmt. Dreidimensionale Bilder der Krater 
wurden auch vermessen, um die Form des Kraters zu charakterisieren. Die Beschränkung dieser 
optischen Methode liegt darin, dass nur die Oberfläche beobachtet werden kann und keine 
Gefügeinformation aus der Tiefe erhalten werden kann. 
Um einen weiteren Fortschritt im Verständnis der Interaktion Plasma-Materialoberfläche zu 
erreichen, sollten die Mikrostrukturänderungen im Kraterbereich untersucht werden. Dazu wurde 
ein Focused Ion Beam - Mikroskop (FIB) eingesetzt, um Zielpräparationen der Krater zu 
69