Elektrische Eigenschaften von isolierenden thermisch gespritzten Schichten automatisiert messen

Elektrisch isolierende, thermisch gespritzte Schichten werden überwiegend in der Anlagen-, Energie- und Motorentechnik eingesetzt. Die elektrischen Kennwerte der meist auf Aluminiumoxid basierenden Schichten sind entscheidend für ihre Funktionstüchtigkeit. Beeinflusst werden die Kennwerte durch die Materialzusammensetzung, den Spritzprozess und die Messbedingungen. Um den Einfluss der Messbedingungen auf die Messung zu erkennen, wurde am Fraunhofer IKTS ein neuer Prüfstand entwickelt. Dieser misst die elektrische Durchschlagfestigkeit, den spezifischen elektrischen Widerstand, die Permittivität und den Verlustfaktor der Schichten. Dabei werden verschiedene Parameter wie die Kontaktierung der Probe, die Luftfeuchtigkeit und die Auslagerungsbedingungen gezielt eingestellt und variiert. 

Automatisierte Messung, Einfluss der Luftfeuchtigkeit

Der Prüfstand arbeitet auf Basis der am IKTS entwickelten Messsoftware weitgehend automatisiert. Ein Messstempel fährt in einem planaren Bereich von 210 x 210 mm2 vordefinierte Messstellen an (Abb. 1, 2). Für jede Messstelle werden die elektrischen Eigenschaften bei definierten Messparametern (z. B. der Anpresskraft des Messstempels) bestimmt. Die elektrischen Kennwerte der Schichten sind stark feuchtigkeitsabhängig (Abb. 3), weshalb der Messstand in einer Klimabox aufgebaut wurde. So kann die Feuchte gezielt eingestellt und ihr Einfluss untersucht werden.

Normung der Messbedingungen

Der Prüfstand wurde im Rahmen eines AIF/IGF-Projekts konzipiert und aufgebaut, in dem die wissenschaftlichen Voraussetzungen für die Normung von Messmethoden zur Charakterisierung der elektrischen Eigenschaften thermisch gespritzter Schichten geschaffen wurden. Insbesondere konnten zuverlässige und normungsfähige Messaufbauten und Vorgehensweisen für die Bestimmung der elektrischen Schicht-Kennwerte erarbeitet werden. Als Ergebnis der Arbeiten ist die Normung der Messmethoden geplant, die das Fraunhofer IKTS im DIN-Normenausschuss NA 092-00-14 AA »Thermisches Spritzen und thermisch gespritzte Schichten (DVS AG V 7)« mitgestaltet.