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Lichtmikroskopie

Sie liefert grundlegende Informationen über den räumlichen Aufbau von Festkörpern, aus denen Erkenntnisse zur Beschaffenheit, Genese oder Herstellungstechnik gewonnen werden.

Anwendung

Die mikroskopische Untersuchung mittels Licht dient der qualitativen und quantitativen Beschreibung der Eigenschaften und Zustände aller Arten von Werkstoffen, indem Anteile, örtliche Verteilung sowie die Beschaffenheit einzelner Phasen oder Bestandteile ermittelt werden. Dies erlaubt es, Zusammenhänge zwischen physikalischen Eigenschaften und chemischer Zusammensetzung zu klären. Aus diesen Informationen wiederum können Rückschlüsse auf die Vorgeschichte oder die Herstellungstechnik des untersuchten Materials oder Objektes gezogen werden.

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Abbildung 1: Durchlichtmikroskopisches Bild einer Kupferschlacke unter polarisierten Bedingungen (gekreuzte Polarisatoren).
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Abbildung 2: Mit Klemm III Farbätzung entwickeltes Mikrogefüge einer rekristallisierten Zinnbronze unter Hellfeldbedingungen (Auflicht).

Grundlagen

Grundsätzlich ist jedes Material für die lichtmikroskopische Untersuchung geeignet, wobei an der CEZA v. a. Metalle, Keramiken, Schlacken und Erze im Fokus stehen. Aus ihnen müssen zunächst geeignete Anschliff- oder Dünnschliffpräparate hergestellt werden, um das Gefüge bzw. die Mikrostruktur sichtbar zu machen. Dies geschieht durch Einbetten der Proben in ein Trägermaterial (i. d. R. Kunstharz) und anschließendes, sukzessives Schleifen und Polieren mit immer feiner werdenden Schleif- und Poliermitteln bis zu einem ebenen und gut kontrastierten Zustand. Erst dann ist es möglich, alle Details der Mikrostruktur zu untersuchten und zu dokumentieren. Lichtdurchlässige Materialien (z. B. Gesteine, Keramiken) können im Durchlicht, opake und reflektierende Materialien (z. B. Metalle) müssen im Auflicht untersucht werden.

Da Form, Farbe und das Reflexionsvermögen der einzelnen Gefügebestandteile strukturabhängig sind, kann durch Änderung der Beleuchtungsanordnung (Hellfeld, Dunkelfeld, polarisiertes Licht, etc.) relativ einfach zwischen einzelnen Phasen differenziert und diese auch identifiziert werden. Durch geeignete Färbe- oder Ätzverfahren kann man die Informationstiefe zudem zusätzlich steigern, weil so bestimmte Gefügemerkmale hervorgehoben werden. Die Dokumentation erfolgt digital. Mit Hilfe rechnergestützter Bildverarbeitung können quantitative Gefügeanalysen durchgeführt werden (z. B. Korngröße, Volumenanteile von Phasen oder Verbindungen). Aus der Vielzahl der Informationen können dann Aussagen zur Herstellungstechnik von Objekten, zu Prozessparametern verschiedener Verfahren oder zur Beschaffenheit und Genese von Gesteinsmaterialien oder Erzen getroffen werden.

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Abbildung 3: Lichtmikroskop Axioskop 40 A Pol , wie es an der CEZA für mikroskopische Untersuchungen verwendet wird (Foto: CEZA).

Grenzen

Das Auflösungsvermögen bei der Lichtmikroskopie ist durch die Wellenlänge des Lichtes bestimmt (Numerische Apertur). Besonders kleine Strukturen und Details können deshalb mittels Lichtmikroskopie nicht aufgelöst werden. Hierfür muss auf andere Methoden zurückgegriffen werden, wie etwa die Rasterelektronenmikroskopie. Diese erlaubt durch Kopplung mit einem Röntgenfluoreszenzspektrometer auch die Bestimmung der chemischen Zusammensetzung des untersuchten Materials, was die Lichtmikroskopie ebenfalls nicht vermag, zu leisten.

Probenbeschaffenheit

Prinzipiell können alle Feststoffe mittels Lichtmikroskopie untersucht werden, wobei die Probengröße etwa zwischen 1mm3 und mehreren cm3 liegen sollte. Gegebenenfalls muss das zu untersuchende Material vorher beprobt bzw. gesägt werden, um geeignete Präparatgrößen und plane Untersuchungsflächen zu schaffen. Die Größe der Proben hängt aber auch vom Material sowie von der Fragestellung ab und sollte im Einzelfall diskutiert werden.

Forschungsschwerpunkte

Materialien