Analysis of pore morphology in oxide electroceramics by automatic image analysis
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Alexander Schuster
Alexander Schuster
studied at Koblenz University ceramic sience and engineering. Subsequently he got his degree as ceramic engineer. Since 2019 he is a research fellow at the chair of functional and structural ceramics at HS Koblenz, where he investigates the dielectric strength of oxide ceramic materials.
Abstract
Porosity represents one of the key parameters in the characterization of ceramic materials. Pores remaining after sintering often constitute the origin of direct mechanical or dielectric material failure. Isolated and large-scale pores in the microstructure are particularly problematic; many times these are larger than the average pore diameter. Their detection poses a particular challenge for analytics. The analytical methods used for ceramic materials either detects only part of the porosity or are greatly limited in view of area measurements. Moreover, the analysis of the morphology of detected pores is hardly possible or even impossible for the majority of methods.
This research paper offers a detailed account of the qualitative analysis of porosity in oxide ceramics, with the primary focus being on possibilities for pore detection, the measured distribution functions, and the advantages of this method. This paper will show that the use of digital light microscopy together with coaxial illumination is capable of determining pore morphology and distribution in a fraction of time that would be required by conventional methods. The comparison of the measurement results, aided by well established methods for pore characterization, such as the linear intercept method (according to DIN EN ISO 13383), will enable a reliable validation of the results. Final FESEM analysis was used to enable a detailed study of the identified pores and to verify the results.
Kurzfassung
Die Porosität stellt eine bedeutende Materialkenngröße zur Charakterisierung keramischer Werkstoffe dar. Poren, die nach dem Sintern zurückbleiben, sind oftmals Ausgangspunkt eines unmittelbaren mechanischen oder dielektrischen Materialversagens. Besonders problematisch sind vereinzelte, im Gefüge auftretende und großvolumige Poren, welche den mittleren Porendurchmesser um ein Vielfaches übersteigen. Ihre Detektion stellt die Analytik vor besondere Herausforderungen. Die in der Keramik eingesetzten Analyseverfahren erfassen entweder nur einen Teil der Porosität oder sind hinsichtlich der Flächenerfassung stark limitiert. Hinzu kommt, dass eine Analyse der Morphologie der detektierten Poren mit den meisten Methoden nicht oder nur schwer möglich ist.
Die vorliegenden Forschungsarbeit setzt sich eingehend mit der qualitativen Analyse von Poren in oxidkeramischen Werkstoffen auseinander. Dabei stehen die Möglichkeiten der Porendetektion, die gemessenen Verteilungsfunktionen und die Vorteile dieser Methode im Fokus. Es wird gezeigt, dass es durch den Einsatz digitaler Lichtmikroskopie, unter Verwendung koaxialer Beleuchtung, möglich ist, die Morphologie und Verteilung von Poren in einem Bruchteil der Zeit, die konventioneller Verfahren benötigen, zu bestimmen. Durch den Vergleich der Messergebnisse, unter Zuhilfenahme etablierter Methoden zur Porencharakterisierung, wie dem Linienschnittverfahren (gemäß DIN EN ISO 13383), ist eine sichere Validierung der Ergebnisse möglich. Abschließende Untersuchungen mittels FEREM erlauben eine detaillierte Betrachtung der identifizierten Poren und validierten die Ergebnisse.
About the author
Alexander Schuster
studied at Koblenz University ceramic sience and engineering. Subsequently he got his degree as ceramic engineer. Since 2019 he is a research fellow at the chair of functional and structural ceramics at HS Koblenz, where he investigates the dielectric strength of oxide ceramic materials.
References / Literatur
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