Von der Bodenfliese bis zum technischen Bauteil: Einsatz der optischen 3D-Profilometrie zur Charakterisierung (nicht nur) keramischer Oberflächen
Forschungsinstitut für Glas – Keramik GmbH (FGK) in Höhr-Grenzhausen
Sind Sie schon einmal auf glatten Fliesen ausgerutscht? Oder haben sich darüber geärgert, dass der Bodenbelag im Gang auch nach der Reinigung nicht richtig sauber aussieht?
Woran liegt das?
Die funktionellen Eigenschaften von Oberflächen, z.B. von Bodenfliesen, hängen eng mit deren Oberflächentopografie zusammen. Praxisrelevante Gebrauchsparameter wie Rutschhemmung und Reinigbarkeit werden maßgeblich von den mikroskopischen Strukturen der Oberfläche beeinflusst.
Ein Beispiel: eine auf den ersten Blick optisch glatte Fliesenoberfläche zeigt mikroskopisch eine von engen Vertiefungen geprägte Oberflächenstruktur. Festsitzender Schmutz und schlechte Reinigbarkeit ist die Folge.
Wie können Oberflächenstrukturen charakterisiert und quantifiziert werden?
Die optische 3D-Profilometrie ist eine hervorragende Methode zur präzisen, berührungslosen Erfassung der Oberflächentopografie (nicht nur) keramischer Materialien. Diese Technologie ermöglicht es, die Oberflächenrauheit und -struktur zu digitalisieren und anhand spezifischer Kennzahlen zu quantifizieren. Die erfassten Daten bieten eine fundierte Basis, um Korrelationen zwischen Oberflächenbeschaffenheit und verschiedenen Produkteigenschaften, wie z.B. Glanz, Haptik, Schmutzempfindlichkeit und Rutschhemmung, zu untersuchen.
Das Messequipment am FGK
Das FGK kann eine Vielfalt von Messaufgaben der Oberflächenprofilometrie mit einem stationären Laborgerät für transportable Proben lösen. Mit dem kompatiblen, mobilen Messgerät können darüber hinaus Proben im Bestand zerstörungsfrei untersucht werden. Beide Geräte arbeiten nach dem konfokal-flächenhaften Messprinzip, sodass die Messergebnisse bestmöglich untereinander vergleichbar sind. Am stationären Gerät kann zudem alternativ ein konfokaler Punktsensor genutzt werden, der besonders für große Messflächen (max. 10 cm x 10 cm) geeignet ist.
Anwendungsbereiche für die optische 3D-Profilometrie
Die optische 3D-Profilometrie wird für Untersuchungen im Fliesen- und Bodenbelagsprüfzentrum des FGK genutzt. Außerdem kommt sie zur Oberflächenanalyse von Struktur- und Funktionskeramiken, Grobkeramik und Glas sowie von einer Vielzahl völlig anderer Materialien zum Einsatz – also nahezu überall dort, wo Fragen zur Probe durch Messung der Oberflächentopografie beantwortet werden können:
- Monitoring und Beurteilung von Schleif- und Polierprozessen
- Qualitätskontrolle, z.B. bzgl. geforderter Rauheitsparameter („Klassiker“ wie Ra und Rz können ebenso ausgewertet werden wie „neue“ flächenhafte Parameter aus ISO 25178)
- Bestimmung von Schichtdicken, z.B. bei Beschichtungsprozessen
- Vermessung von Designelementen oder geometrischen Strukturen, z.B. auf profilierten Fliesen (Anzahl, Höhe, Fläche von Flakes etc.)
- Rauheits- und Topografiemessung zur Unterstützung der Bewertung von Bodenbelägen im Hinblick auf Rutschhemmung und Schmutzempfindlichkeit
- Beurteilung von Oberflächen im Hinblick auf Verschleiß, Ölrückhaltevermögen
- Schadensanalyse
- Durch die berührungslose Messmethode ist auch die Untersuchung von empfindlichen Oberflächen möglich
Die optische 3D-Oberflächenprofilometrie ist somit ein ideales Werkzeug, um eine Oberfläche und ihre Eigenschaften in der Tiefe zu verstehen.
Das FGK arbeitet kontinuierlich am Aufbau einer Datenbank, die moderne Rauheits- und Topographiekennwerte mit praxisrelevanten Gebrauchsparametern verknüpft. Diese Wissensbasis kann wiederum genutzt werden, um gezielt Produkte mit maßgeschneiderten Oberflächeneigenschaften zu entwickeln und unterstützt die industrielle Forschung und Entwicklung mit ihren vielfältigen Anwendungsbereichen.
Sie möchten mehr über die Möglichkeiten der Messmethode erfahren oder haben eine konkrete Fragestellung? Wir helfen Ihnen gerne weiter!
Ansprechpartner: Marcel Engels (marcel.engels@fgk-keramik.de) und Miriam Miehling (miriam.miehling@fgk-keramik.de)
Wir danken dem Ministerium für Wirtschaft, Verkehr, Landwirtschaft und Weinbau Rheinland-Pfalz für die Förderung im Rahmen des Projektes „Digitalisierung keramischer Oberflächen (DigiKerO)“.