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Organisationseinheit der BAM
- 6 Materialchemie (11)
- 6.1 Oberflächen- und Dünnschichtanalyse (6)
- 8 Zerstörungsfreie Prüfung (6)
- 6.7 Materialsynthese und Design (5)
- 7 Bauwerkssicherheit (5)
- 7.1 Baustoffe (5)
- 8.4 Akustische und elektromagnetische Verfahren (5)
- 6.2 Material- und Oberflächentechnologien (1)
- 8.1 Sensorik, mess- und prüftechnische Verfahren (1)
- 8.6 Faseroptische Sensorik (1)
In Glasfasern eingeschriebene Bragg-Gitter (FBG: fibre-based Bragg gratings) sind über die Verschiebung der Bragg-Wellenlänge in der Lage, Stauchungen und Dehnungen von Glasfasern hochgenau zu erfassen. In Kompositwerkstoffe eingebettete faseroptische Sensoren können Bauteile bezüglich ihrer mechanischen Integrität überwachen und früh-zeitig Informationen über Materialveränderungen gewinnen.
Um die Zuverlässigkeit eines solchen Sensors zu gewährleisten, ist es wichtig, die korrekte Funktion des Sensors im Verbund mit der Werkstoff-Matrix on-line und in-situ sicherzu-stellen. Im Rahmen des DFG-Projekts FAMOS² (FAser-basierter Magneto-Optischer SchichtSensor) wurde ein selbstdiagnosefähiger Schichtsensor entwickelt, der mit Hilfe von magnetostriktiven Aktorschichten aus Nickel bzw. Eisen-Nickel validiert werden kann.
Der FAMOS²-Schichtsensor wird durch ein PVD (physical vapour deposition)/ECD (electro-chemical deposition) Hybridschichtsystem realisiert, das auf dem Fasermantel im Bereich des FBG haftfest, homogen und langzeitfunktional abzuscheiden ist. Dabei wird in einem ersten Schritt ein etwa 100 Nanometer dünnes PVD-Schichtsystem aus Chrom und Kupfer als Haftvermittler auf der Glasfaser bzw. als leitfähige Startschicht für den nachfolgenden ECD-Prozess abgeschieden. Um eine rotationssymmetrische Schich-tabscheidung zu gewährleisten, erfolgt während der PVD-Beschichtung eine Rotation der Glasfasern. In einem zweiten Schritt wird dann unter Verwendung eines klassischen Watts-Elektrolyten in einer speziell entwickelten ebenfalls rotationssymmetrisch aufgebau-ten ECD-Durchströmungszelle dann die etwa 30 Mikrometer dicke, magnetostriktive Ak-torschicht auf dem PVD-Schichtsystem abgeschieden, im Vergleich sowohl reine Nickel-Schichten als auch Nickel-Eisen-Schichten.
Ein äußeres Magnetfeld dehnt die magnetostriktive Aktorschicht und damit auch die Faser reversibel. Diese Dehnung führt zu einer Verschiebung der Bragg-Wellenlänge, welche direkt mit der Stärke eines zu messenden oder zu Validierungszwecken vorgegebenen Magnetfeldes korreliert. Die Anpassung der Beschichtungsverfahren an die Fasergeome-trie und die mechanischen Eigenschaften der Hybridschichten werden hinsichtlich der me-chanischen Integrität des faseroptischen Sensors diskutiert und der Nachweis der Selbst-diagnosefähigkeit erbracht.
Functionality of optical systems requires optical coatings of
high quality which have to be adapted to the application in
terms of the performance of optical parameters such as
reflectivity (AR, low, defined, high), the substrate material of
interest (polymers, ceramics, and glass), the environmental
conditions (such as temperature or humidity), and the service
conditions (such spectral range and power density). Moreover,
in many cases, additional non-optical requirements have
to be met, including mechanical features such as scratch
resistance, hardness and modulus.
Consequently, thickness and overall uniformity requirements
are steadily increasing. In general, these demands can usually
not be achieved by a single film or coating. Instead, films with
specific design features (such as gradients), layer stacks and
multilayers are a prerequisite for high quality layers and their
reliability. For the development of such layer systems, a
versatile cluster deposition system consisting of three clusters
and a cluster-to-cluster handler has been designed. Besides a
PECVD cluster for DLC coatings, two PVD clusters implement
ion assisted electron beam evaporation and plasmabased
sputter technology. In addition to metallic films, preparation
of oxide and nitride optical coatings (SiO2, TiO2, Ta2O5,
ITO, Al2O3, TiN, AlN) in various process modifications (nonreactive,
partially reactive, full-reactive; rf-, dc-, mf- mode;
PEM control) has been carried out.
Within this paper, the effect of several process parameters on
layer quality (optical constants, density, and uniformity) is
discussed for selected applications examples (AR- and HR
coatings, applications at elevated temperatures and applications
of enhanced mechanical performance).
It has been shown that specific features of ion and plasma
assisted PVD processes, including ion-beam and plasma preand
post-treatment of substrates and layer systems, may
widen the application range and improve functionality features
of given coating/substrate systems.
Public, hidden, and forensic features either encoded or directly legible are used for authentication. Fabry-Perot layer stacks as information carriers in combination with imaging ellipsometry as optical read-out system provide all-in-one anti-counterfeiting capability that may establish the new security level 'encoded forensic'. Different layer designs are described with regard to all three security levels: public features (e.g. color and tilt effect) perceptible by the human eye, hidden features (e.g. spectroscopic response in the UV or IR), and forensic features (ellipsometric quantities Ψ and Δ as a function of wavelength λ and angle of incidence AOI). Physically uncloneable functions (PUF) could be realized as a result of a multi-material and a multi-parameter deposition approach as well as by means of specific design features of the Fabry-Perot layer stack. Hence, they are not subject to any reverse engineering strategies. Examples of stratified, micro-structured, and laser-modified Fabry-Perot layer systems are considered that may be used at all perception levels (e.g. human eye, bar code reader, and imaging ellipsometry) for authentication against product counterfeiting and related areas. --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Zur Authentifizierung werden offene, versteckte und forensische Merkmale entweder codiert oder direkt auslesbar verwendet. Mit Fabry-Perot Schichtsystemen als Informationsträger in Kombination mit der abbildenden Ellipsometrie als optischem Auslesesystem steht ein 'all-in-one' Fälschungsschutz-System zur Verfügung, das ein neues Sicherheitsniveau 'kodiert-forensisch' darstellt. Es werden unterschiedliche Schichtdesigns beschrieben, mit denen alle drei Sicherheitsniveaus realisiert werden können: offene Merkmale (z.B. Farbe und Kippeffekt), die mit dem menschlichen Auge wahrnehmbar sind, versteckte Merkmale (z.B. die spektrale Antwort im Sichtbaren oder im IR) sowie forensische Merkmale (ellipsometrische Größen Ψ und Δ als Funktion der Wellenlänge λ und des Einfallswinkels AOI).
Physikalisch nicht klonbare Funktionen (PUF) können im Ergebnis einer Multi-Material- und Multi-Parameter Beschichtungsstrategie sowie durch spezifische Design-Merkmale des Fabry-Perot Schichtsystems realisiert werden. Folglich sind solche Schichtsysteme dem 'reverse engineering' nicht zugänglich. Es werden Beispiele für lateral ausgedehnte, mikrostrukturierte und Laser modifizierte Schichtsysteme auf verschiedenen Ausleseniveaus (menschliches Auge, Barcode-Lesegerät, abbildendes Ellipsometer) vorgestellt, die zur Authentifizierung von Produkten und verwandte Gebiete geeignet sind.
The new promoted ignition combustion test apparatus at BAM matches the requirements of ASTM test method G 124 [ASTM G 124, Standard Test Method for Determining the Combustion Behavior of Metallic Materials in Oxygen-Enriched Atmospheres, 2003] and of EIGA publication, IGC Doc 13/02/E [EIGA Gas Association Document IGC Doc 13/02/E, Oxygen Pipeline Systems, 2003]. The test apparatus is most likely the only one in Europe. The test chamber allows investigations with pure oxygen or oxygen mixtures at pressures up to 500 bar and at temperatures up to 400°C at static or flowing gas conditions. The ignition device consists of an electrical ignition wire and a promoter. IR-sensors, distributed over the whole length of the rod, measure and record the burning temperature and allow measurement of the burn rate. A video system records the experiment for visual characterization of the burning behavior. BAM test results are compared with published data. Results on investigations with coated rods are presented. Ceramic coatings seem to be a solution for the use of certain less compatible metallic materials at higher oxygen pressures.