SAMENVATTING
Technische Metaalkunde – Partim Surface Technology
Prof. dr. ir. T. Depover | Universiteit Gent
HOOFDSTUK 1: Inleiding tot Oppervlaktetechnologie
1. Wat is een oppervlaktelaag?
📌 Oppervlaktelaag
Een oppervlaktelaag is tot drie atomaire lagen dik (~1 nm), afhankelijk van het materiaal.
Terminologie Dikte
Oppervlak (surface) ~1 nm – tot 3 atomaire lagen dik
Ultra-dunne film Tot ±10 nm
Dunne film (thin film) Tot 1 μm
Bulkmateriaal De rest van het vaste materiaal
2. Doel van Oppervlakteengineering
Het doel van oppervlakteengineering is het creëren van specifieke oppervlakte-eigenschappen:
• Optische eigenschappen
• Adhesie
• Bevochtigbaarheid (wettability)
• Corrosiebescherming
• Diëlektrische eigenschappen
• Hardheid & slijtvastheid
,3. Oppervlakte-analysetechnieken
Onmisbaar om oppervlaktechemie te begrijpen en de efficiëntie van oppervlakteengineering te
evalueren.
,Techniek Beschrijving & Toepassing
XPS (X-ray Photoelectron Kwantitatieve elementcompositie en chemische toestand (incl.
Spectroscopy) oxidatietoestand) van buitenste ~20 nm. Detecteert alle elementen
behalve H en He. KE = hν − BE. Gebruikt röntgenfotonen.
ISS (Ion Scattering Elementaire compositie van EERSTE atomaire laag. Gebruikt edele
Spectroscopy) gasionen (He, Ne, Ar). Aanvullend op XPS voor laaggroeionderzoek.
REELS (Reflected Electron Elektronische structuur van het oppervlak. Kan waterstof detecteren
Energy Loss Spectroscopy) (niet mogelijk met XPS). Meet bandgaps. Incident deeltje = elektron.
UPS (UV Photoelectron Gelijkaardig aan XPS maar met UV-fotonen → detectie van lage
Spectroscopy) bindingsenergieniveaus. Vingerafdruk voor verbindingen.
RAMAN Spectroscopy Gevoelig voor structurele veranderingen; begrijpen van moleculaire
binding. Fotonen van laserbron verstrooid via vibratietoestanden.
AES (Auger Electron Elementaire en chemische toestandsinformatie via gefocuste
Spectroscopy) elektronenbundel. Auger-emissie = ontspanning na elektronenemissie.
Complementair aan XPS.
4. Bevochtigbaarheid (Wettability)
📌 Wetting (Bevochtiging)
Het vermogen van vloeistoffen om grensvlakken te vormen met vaste oppervlakken.
De contacthoek θ bepaalt de mate van bevochtiging.
Wet van Young: γ_sv = γ_sl + γ_lv · cos(θ)
, Wet van Young:
• Kleine contacthoek + kleine oppervlaktespanning → meer bevochtiging
• Effectieve bevochtiging: oppervlaktespanning van de lijm ≤ oppervlaktespanning van het
substraat
• Hydrofob = grote contacthoek (silicone op water); Hydrofiel = kleine contacthoek (koper met
water)
5. Corrosie & Slijtage – Economische Impact
⚠️ Economische Impact
Corrosiekosten: ~$300 miljard/jaar (1995), nu ±$500 miljard/jaar in de VS.
30–40% van de totale kosten kan worden vermeden door goede corrosiepreventiemethoden.
Corrosiebeschermingsmethoden voor staal:
• Gebruik van duurdere roestvast staal (RVS)
• Verandering van de omgeving of gebruik van inhibitoren
• Kathodische of anodische bescherming (elektrochemische potentiaalregeling)
• Aanbrengen van organische, metallische of anorganische coatings (glas, keramiek)
6. Slijtage (Wear)
📌 Slijtage
Schadelijke, geleidelijke verwijdering of vervorming van materiaal aan vaste oppervlakken.
Oorzaken: mechanisch (erosie) of chemisch (corrosie). Studie van slijtage = Tribologie.
Technische Metaalkunde – Partim Surface Technology
Prof. dr. ir. T. Depover | Universiteit Gent
HOOFDSTUK 1: Inleiding tot Oppervlaktetechnologie
1. Wat is een oppervlaktelaag?
📌 Oppervlaktelaag
Een oppervlaktelaag is tot drie atomaire lagen dik (~1 nm), afhankelijk van het materiaal.
Terminologie Dikte
Oppervlak (surface) ~1 nm – tot 3 atomaire lagen dik
Ultra-dunne film Tot ±10 nm
Dunne film (thin film) Tot 1 μm
Bulkmateriaal De rest van het vaste materiaal
2. Doel van Oppervlakteengineering
Het doel van oppervlakteengineering is het creëren van specifieke oppervlakte-eigenschappen:
• Optische eigenschappen
• Adhesie
• Bevochtigbaarheid (wettability)
• Corrosiebescherming
• Diëlektrische eigenschappen
• Hardheid & slijtvastheid
,3. Oppervlakte-analysetechnieken
Onmisbaar om oppervlaktechemie te begrijpen en de efficiëntie van oppervlakteengineering te
evalueren.
,Techniek Beschrijving & Toepassing
XPS (X-ray Photoelectron Kwantitatieve elementcompositie en chemische toestand (incl.
Spectroscopy) oxidatietoestand) van buitenste ~20 nm. Detecteert alle elementen
behalve H en He. KE = hν − BE. Gebruikt röntgenfotonen.
ISS (Ion Scattering Elementaire compositie van EERSTE atomaire laag. Gebruikt edele
Spectroscopy) gasionen (He, Ne, Ar). Aanvullend op XPS voor laaggroeionderzoek.
REELS (Reflected Electron Elektronische structuur van het oppervlak. Kan waterstof detecteren
Energy Loss Spectroscopy) (niet mogelijk met XPS). Meet bandgaps. Incident deeltje = elektron.
UPS (UV Photoelectron Gelijkaardig aan XPS maar met UV-fotonen → detectie van lage
Spectroscopy) bindingsenergieniveaus. Vingerafdruk voor verbindingen.
RAMAN Spectroscopy Gevoelig voor structurele veranderingen; begrijpen van moleculaire
binding. Fotonen van laserbron verstrooid via vibratietoestanden.
AES (Auger Electron Elementaire en chemische toestandsinformatie via gefocuste
Spectroscopy) elektronenbundel. Auger-emissie = ontspanning na elektronenemissie.
Complementair aan XPS.
4. Bevochtigbaarheid (Wettability)
📌 Wetting (Bevochtiging)
Het vermogen van vloeistoffen om grensvlakken te vormen met vaste oppervlakken.
De contacthoek θ bepaalt de mate van bevochtiging.
Wet van Young: γ_sv = γ_sl + γ_lv · cos(θ)
, Wet van Young:
• Kleine contacthoek + kleine oppervlaktespanning → meer bevochtiging
• Effectieve bevochtiging: oppervlaktespanning van de lijm ≤ oppervlaktespanning van het
substraat
• Hydrofob = grote contacthoek (silicone op water); Hydrofiel = kleine contacthoek (koper met
water)
5. Corrosie & Slijtage – Economische Impact
⚠️ Economische Impact
Corrosiekosten: ~$300 miljard/jaar (1995), nu ±$500 miljard/jaar in de VS.
30–40% van de totale kosten kan worden vermeden door goede corrosiepreventiemethoden.
Corrosiebeschermingsmethoden voor staal:
• Gebruik van duurdere roestvast staal (RVS)
• Verandering van de omgeving of gebruik van inhibitoren
• Kathodische of anodische bescherming (elektrochemische potentiaalregeling)
• Aanbrengen van organische, metallische of anorganische coatings (glas, keramiek)
6. Slijtage (Wear)
📌 Slijtage
Schadelijke, geleidelijke verwijdering of vervorming van materiaal aan vaste oppervlakken.
Oorzaken: mechanisch (erosie) of chemisch (corrosie). Studie van slijtage = Tribologie.
