Kontamination in Werkstoffen und an Grenzflächen

Kontamination bezeichnet in der Werkstofftechnik jede unerwünschte Fremdphase, Fremdstoff- oder Fremdatomkonzentration in oder auf einem Material, die dessen Eigenschaften, Verarbeitung oder Zuverlässigkeit nachteilig verändert. Man unterscheidet in erster Linie Volumen- und Oberflächenkontaminationen.

Oberflächenkontaminationen umfassen etwa Adsorbate (z. B. Wasserfilme, organische Rückstände), Staubpartikel, Textilfasern oder Abrieb. Sie beeinflussen Benetzbarkeit, Haftfestigkeit von Beschichtungen, Löt- und Schweißbarkeit sowie Reib- und Verschleißverhalten. In Dünnschicht- und Batterietechnologien führen selbst Spuren von Drittphasen zu Änderungen der Grenzflächenchemie und damit der elektrochemischen Performance.

Volumenkontaminationen entstehen typischerweise durch unerwünschte Legierungs- oder Spurenbestandteile wie Blei-, Eisen- oder Kupferkontaminationen in Metallen und Halbleitern oder Sauerstoffverunreinigungen in Hochtemperaturwerkstoffen. Diese können Ausscheidungen, Sprödbruch, Korrosionsneigung oder elektrische Defekte verursachen. In Batteriematerialien führen Übergangsmetall- oder Feuchtigkeitskontaminationen zu Kapazitätsverlust, Gasbildung und Sicherheitsrisiken.

Die Kontrolle von Kontaminationen erfordert ein ganzheitliches Qualitätsmanagement entlang der Prozesskette: Auswahl hochreiner Ausgangsstoffe, Reinraum- oder Sauberraumtechnik, geeignete Reinigungsverfahren (z. B. Plasma-, Nass- oder Ultrareinigung) sowie analytische Methoden wie XPS, SIMS, ToF-SIMS oder GD-OES zur Detektion von Spurenverunreinigungen. Kontamination und daraus resultierender Materialabfall sind zudem ökonomisch relevant und beeinflussen Ausschussraten und Prozessstabilität.

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