Einleitung
Invar® oder auch FeNi36 ist eine Eisen-Nickel-Legierung mit einem Nickelgehalt von 35,4 % und einem sehr geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten bei Raumtemperatur (zwischen -20 °C und 20 °C mit einem Mittelwert von etwa 1,6·10-6/K). Es ist ein unverzichtbares Konstruktionsmaterial für Bereiche, in denen es auf eine hohe Maßhaltigkeit ankommt.
Aufgrund ihrer hervorragenden Eigenschaften werden Invar®-Legierungen in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, z.B. in Präzisionsmessgeräten, großen Teleskopen, Teilen von Strahlenkanonen, Kerndrähten von Fernkabeln, Glasdichtungsmaterialien, ultradünnen Invar®-Legierungsplatten, Thermostaten, optischen Messsystemen und Wellenleitern, LNG-Schiffstanks, Pumptürmen, Leistungselektronik, Luft- und Raumfahrtkomponenten, Schiffskomponenten usw.
Die wichtigste Eigenschaft von Invar® ist sein geringer Ausdehnungskoeffizient. Um den unterschiedlichen Einsatzbedingungen gerecht zu werden, wird Invar® in verschiedenen Formen hergestellt. Während die Prüfung normaler zylindrischer Proben einfach ist, stellt die Prüfung von Folien eine besondere Herausforderung dar.
Wie können diese dünnen Proben effizient geprüft werden?
In dieser Application Note stellen wir eines unserer Dilatometer vor, das die Bestimmung sehr kleiner thermischer Ausdehnungskoeffizienten ermöglicht und erläutern auch, wie Messungen an Invar®-Folien durchgeführt werden.
Einsatz von Invar®-Folien im Bereich der Display-Herstellung
Im Produktions- und Herstellungsprozess von Displays ist die Vakuumaufdampfung das Schlüsselelement, das OLED-Displays von LCD-Displays unterscheidet. Die Aufdampfmaske ist ein entscheidendes Verbrauchsmaterial in der OLED-Herstellung. Aufgrund der Natur des OLED-Produktionsprozesses unterliegen Metallmasken einem erheblichen Verschleiß und müssen regelmäßig ausgetauscht werden. Dieser Austausch ist ein entscheidender Faktor für die Gesamtproduktionskosten von OLEDs.
Derzeit besteht die Metallmaske, die in AMOLEDProdukten verwendet wird, hauptsächlich aus zwei Teilen: einer offenen Metallmaske (Coarse Metal Mask, CMM) und einer Feinmetallmaske (Fine Metal Mask, FMM). Die CMM wird hauptsächlich für die Aufdampfung metallischer Materialien verwendet, während die FMM, eine hochpräzise Metallmaske, hauptsächlich für die Aufdampfung organischer, lichtemittierender Materialien eingesetzt wird. Branchenkenner schätzen den jährlichen Bedarf an CMM und FMM allein in China auf über 1 Milliarde Euro.
CMM bestehen aus Invar®36 mit einer Dicke von 40 μm bis 200 μm und werden hauptsächlich für die Aufdampfung von durchlässigen und leitfähigen Materialien verwendet.
FMM bestehen ebenfalls aus Invar®36 mit einer Dicke von 20 μm bis 30 μm und werden hauptsächlich für die Aufdampfung von OLED-Materialien verwendet.
Messgerät für die thermische Ausdehnung
Die Messung wurde mit dem in Abbildung 1 dargestellten DIL 402 Expedis® Supreme mit Stahlofen und SiO2- Probenhalter durchgeführt.
Messprinzip
Die Probe wird einem spezifischen Temperaturprogramm unterzogen, bei dem eine statische Last aufgebracht wird. Die Längenänderung der Probe in Prüfrichtung wird dann in Abhängigkeit von der Temperatur oder Zeit gemessen.
Messbedingungen und Probenvorbereitung
Die Probe wurde von RT bis 300 °C mit einer Heizrate von 5 K/min in Argonatmosphäre aufgeheizt. Für die Messung wurde die Probe in einen geschlitzten Stab aus Al2O3 eingesetzt.
Die Probe war eine dünne Invar® 36-Folie mit einer Dicke von 25 μm. Die für die Messung verwendete Probe hatte eine Länge von 24,6 mm und eine Breite von 6 mm. Die Probenvorbereitung und der Messaufbau sind in Abbildung 2 dargestellt.
Messergebnisse
Die thermische Ausdehnung der Invar®-Folie ist in Abbildung 3 dargestellt. Zusätzlich wurden die Werte für den mittleren thermischen Ausdehnungskoeffizienten (mCTE) für die Temperaturbereiche 25 °C bis 100 °C, 25 °C bis 200 °C und 25 °C bis 300 °C berechnet. Im Temperaturbereich bis 200 °C weist die Probe die für Invar® erwarteten niedrigen mCTE-Werte auf. Bei höheren Temperaturen steigt der mCTE an, da das anomale Verhalten von Invar® abnimmt.
Zusammenfassung
Die thermische Ausdehnung einer Invar®-Folie wurde mit dem DIL 402 Expedis® Supreme gemessen. Als Support für die dünne Probe wurde ein geschlitzter Stab aus Al2O3 verwendet. Die Ergebnisse zeigen den niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, der Invar® so besonders macht. Darüber hinaus unterstreichen sie die hohe Empfindlichkeit des DIL 402 Expedis® Supreme, mit dem solche Materialien mit geringer Ausdehnung präzise gemessen werden können.