Knoop

Knoop-Härteprüfverfahren

Das Knoop-Verfahren ist eine statische Härteprüfungstechnik, die als Alternative zum Vickers-Verfahren entwickelt wurde. Sie eignet sich besonders für die Bewertung von Dünnschichten, Beschichtungen und spröden Materialien und zeichnet sich durch folgende technische Merkmale aus:

Standardisierung:

• Das Knoop-Verfahren wird durch ISO 4545, ASTM E92 und ASTM E384 geregelt und bietet einen zuverlässigen und standardisierten Ansatz für Mikrohärteprüfungen.
• Es eignet sich sowohl für Mikrohärteprüfungen als auch für Prüfungen im Niedriglastbereich und deckt eine Vielzahl empfindlicher Materialien ab.

Prüfkraftbereich:

• Unterstützt geringe Prüfkräfte von 1 Grammkraft (gf) bis 2 Kilogrammkraft (kgf), mit üblichen Lasten wie 25 gf, 50 gf und 100 gf für spezifische Anwendungen.
• Die niedrigen Lasten minimieren das Risiko einer Beschädigung der Probe und machen die Technik ideal für dünne Schichten und fragile Materialien.

Messprinzip:

• Das Verfahren ist optisch, wobei der Eindringkörper eine lange, flache Eindellung erzeugt, um Materialverformungen zu minimieren.
• Nur die lange Diagonale der rautenförmigen Eindellung wird gemessen, da die kurze Diagonale für eine genaue optische Bewertung zu klein ist.
• Die Härte wird nach der Formel berechnet: HK=FL2HK = \frac{F}{L^2}HK=L2F​ wobei $F$ die aufgebrachte Prüfkraft in kgf und $L$ die Länge der langen Diagonale der Eindellung in Millimetern ist.

Eindringkörper-Design:

• Der Eindringkörper ist ein diamantförmiger Pyramidenkörper mit einer rautenförmigen Basis, der auf hohe Präzision und minimale Probenverformung ausgelegt ist.
• Der Längskantenwinkel beträgt 172,5°, der Querkantenwinkel 130°.
• Diese Geometrie ermöglicht eine höhere Empfindlichkeit bei der Messung, insbesondere bei sehr kleinen oder dünnen Proben.

Probenanforderungen:

• Der Prüfbereich muss glatt, poliert und frei von Schmutz oder Beschichtungen sein, die die Sichtbarkeit der Eindellung beeinträchtigen könnten.
• Mindestdickenempfehlungen stellen sicher, dass die Eindellung nicht mit dem Substrat interagiert, was die Ergebnisse verfälschen könnte. Bei Dünnschichten müssen Härte und Elastizität des Substrats berücksichtigt werden.

Optische Bewertung:

• Ein hochauflösendes optisches Mikroskop mit einer kalibrierten Bühne wird verwendet, um die lange Diagonale der Eindellung zu messen, üblicherweise mit einer Vergrößerung von 400x bis 1000x.
• Moderne Systeme können digitale Bildverarbeitung verwenden, um die Messgenauigkeit und Wiederholbarkeit zu verbessern.

Anwendungen:

• Häufig eingesetzt zur Prüfung der Härte von Dünnschichten, Beschichtungen und Oberflächenschichten.
• Ideal für spröde Materialien wie Keramiken, Glas und Mineralien sowie für Verbundwerkstoffe und Polymere.

Vorteile:

• Die langgestreckte Eindellungsform bietet eine höhere Auflösung für Härteunterschiede in kleinen Bereichen im Vergleich zum Vickers-Verfahren.
• Die geringe Eindringtiefe minimiert Einflüsse von darunterliegenden Materialien.

Einschränkungen:

• Weniger effektiv für massive Materialien, da hochpolierte Oberflächen erforderlich sind und die optische Messung auf rauen oder strukturierten Proben schwierig ist.
• Fehler können durch unebene Oberflächen, schlechte Beleuchtung oder bedienerabhängige optische Ablesungen entstehen.

Dank seiner präzisen Messmöglichkeiten im Mikro- und Niedriglastbereich ist das Knoop-Verfahren unverzichtbar für Anwendungen mit dünnen, empfindlichen oder spröden Materialien, insbesondere in der Forschung und Qualitätskontrolle.