Simulationsrechnungen zur FTIR-reflexionsspektroskopischen Charakterisierung von Schicht- und Fasersystemen

Die FTIR-Reflexionsspektroskopie wurde zur zerstörungsfreien Charakterisierung von Schichtsystemen, keramischen Fasern und Faserverbundmaterialien eingesetzt. Die dazu notwendige Bestimmung der optischen Eigenschaften des Probenmaterials sowie der Parameter des Probenaufbaus sind durch herkömmliche Spektreninterpretation kaum zugänglich. Erst Spektrensimulationen auf Basis eines die Probe adäquat beschreibenden optischen Modells ermöglichen es, aus den gemessenen Reflexionsspektren Informationen über die Schichtzusammensetzung und den Probenaufbau zu gewinnen. Im Mittelpunkt der Schichtcharakterisierung standen die durch CVD-Verfahren abgeschiedene Keramikschichten Siliciumcarbid auf Graphit und Siliciumcarbooxynitrid auf Stahl. Zur Simulation der Reflexionsspektren wurden spezielle Gradientenmodelle - basierend auf der Effektiv-Medien-Theorie - sowie Oszillatormodelle verwendet. Die Untersuchung von keramischen Fasern und Faserverbundwerkstoffen erforderte die theoretische Erweiterung der optischen Standardmodelle. So konnte durch die physikalische Beschreibung der Faserkrümmung das IR-Reflexionsspektrum von SiC-Einzelfasern korrekt wiedergegeben werden. Die Ausrichtung von Kohlenstofffasern in einer Polymermatrix wurde durch Erweiterung des optischen Modells auf optisch anisotrope Medien berücksichtigt.