Nanoindentor ZHN

Oblasti použití

Zkoušení tvrdosti dle ISO 14577
Vrypové zkoušky
Zkoušky opotřebení
Dynamické zkoušky
Profiloměr

Zkušební zatížení

0 – 20 N

Verze

Přístroje ZHN pro výzkum a vývoj
Přístroje ZHN-S pro kontrolu kvality a standardní zkoušky

Nová dimenze

Přístroj ZHN se používá pro komplexní mechanickou charakterizaci tenkých vrstev a povlaků s odpovídajícím rozlišením síly a dráhy. To zahrnuje například měření instrumentované tvrdosti, indentačního modulu a Martensovy tvrdosti podle normy ISO 14577 (instrumentovaná indentační zkouška).

Nanoindentor ZHN pro zkoušení kovových materiálů a obráběcích nástrojů

Přístroj ZHN se používá pro komplexní mechanickou charakterizaci tenkých vrstev a povlaků s odpovídajícím rozlišením síly a dráhy.

Vlastnosti a výhody

Koncept pro všestranné a flexibilní testování

Univerzální nanomechanický zkušební přístroj ZHN vychází z osvědčené technologie nanoindentorů společnosti ASMEC. Poprvé jsou v tomto přístroji zkombinovány dvě měřicí hlavy v normálovém (princip nanodindentoru) a laterálním (princip scratch testeru) směru, které pracují zcela nezávisle na sobě s rozlišením v řádu nanometrů. Poprvé lze nyní měřit závislosti bočního zatížení na posunutí, což umožňuje získat více materiálových charakteristik, než bylo možné dříve (viz typické aplikace). To zahrnuje měření příčné tuhosti a čistě elastické příčné deformace vzorku.

Dvousloupový nosný rám je vybaven jedním pohonem s centrálním pohybovým šroubem a přesným vedením, což zajišťuje tužší konstrukční řešení s osou indentoru umístěnou přesně v ose zatěžování. Nedochází k žádnému vychýlení a Abbého chyby měření jsou eliminovány. Tuhost zařízení je větší než 10⁶ N/m, což eliminuje potřebu korekcí a výrazně zjednodušuje kalibraci funkce plochy indentace.

Na rozdíl od přístrojů jiných výrobců pracují obě měřicí hlavy jak v tahu, tak v tlaku, což umožňuje provádět indentační zkoušky prokládané oscilací i cyklické únavové zkoušky.

Aplikace

Vývoj povlaků od měkkých (polymer) k tvrdým (diamantového typu)
Stanovení kritických napětí pro vznik trhlin nebo plastické deformace
Tvrdé povlaky pro nástroje a jako ochrana proti poškrábání
Ochranné povlaky skla
Laky a sol-gelové povlaky
Automatizované měření průběhu tvrdosti na příčných řezech
Nano povlaky pro snímače a MEMS/NEMS
Biologické materiály
Matricové efekty ve slitinách (mapování)
Keramické a kompozitní materiály
Povrchy s iontovou implantací
Analýza poškození v mikroelektronice

ZHN – bezpečná investice

Vědecké aplikace procházejí neustálými změnami. Systém se vyznačuje flexibilitou, spolehlivostí a nabízí platformu, která je otevřená dalšímu rozšiřování.

ZHN má nejlepší poměr signálu k šumu pro celý rozsah nano a mikrorozsahu (106) ze všech existujících nanoindentorů, normálových i laterálních.
S měřicí hlavou 20 N lze kromě instrumentovaných vtiskových zkoušek v makrorozsahu provádět i klasické zkoušky tvrdosti metodou Vickers a zkoušky únavy.
ZHN se vyznačuje jedinečnou funkcí řízení skutečné síly a polohy. Naše měřicí hlavy jsou charakteristické vysokou boční tuhostí – výměna indentorů je velmi snadná a neovlivňuje kalibraci ani přesnost měření.
Laterální zatěžovací jednotka (LFU) je vhodná pro scratch testy, zkoušky opotřebení a víceosé zkoušky: i při větších zatíženích se křivky síla-posunutí v laterálním směru měří s rozlišením nm.

Optimální pracovní postupy pro zkušební laboratoře

Celý zkušební systém je založen na logických pracovních postupech a je přizpůsoben požadavkům laboratoří.

Snadné ovládání díky intuitivnímu prostředí
Software InspectorX umožňuje díky funkci odloženého startu provádět měření v časových intervalech klidného okolního prostředí
ZHN šetří strojový čas: jedinečná funkce mapování měří topografii povrchu, koeficient tření a hloubku vtisku v jediném cyklu
Uzavřený kryt pro snížení vlivu okolního prostředí na výsledky zkoušek
Aktivní tlumení vibrací a speciální nosný stůl pro omezení vnějších rušivých vlivů
Náhradní měřicí hlavice lze bezpečně uložit

Flexibilní a modulární

Flexibilita zkušebního systému ZHN se projevuje jeho všestranným rozsahem použití a také jeho modularitou a možnostmi následných adaptací.

Unikátní tandemovou optiku se dvěma kamerami lze rozšířit o další optické vyhodnocovací jednotky (např. WLI nebo AFM). Ty jsou zcela integrovány do zkušebního systému.
Robustní konstrukce umožňuje montáž široké škály indentorů a držáků vzorků.
Výměna indentorů je mimořádně snadná.
InspectorX je moderní software s přehlednou strukturou a řadou aplikačních modulů.

Průběh zkoušky tvrdosti s indentorem podle Berkoviche

Tvrdost a Youngův modul dle EN ISO 14577

Měření se obvykle provádí pomocí Berkovichova indentoru s řízeným zatěžováním. Je možné provádět rychlé měřicí sekvence, například s aplikací zatížení do 10 sekund, 5sekundovou výdrží a odlehčením během 4 sekund.

Měřené veličiny:
Indentační tvrdost H_IT (převoditelná na H_V)
Tvrdost dle Martense HM nebo HMs
Indentační modul E_IT (modul pružnosti)
Vtiskové tečení C_IT nebo vtisková relaxace R_IT
Koeficient zpětné deformace n_IT

Celkem je možné určit více než 60 různých veličin.

Rozsáhlý sortiment příslušenství

Komplexní nabídka doplňků zaručuje flexibilitu a modularitu.

Příslušenství ZHN

Technický přehled

Modulární konstrukci univerzálního nanoindentoru ZHN tvoří:

Dvousloupový nosný rám s centrálním pohonem s kuličkovým šroubem, přesným vedením a žulovou základnou
Motorizovaný pohon centrálního vodicího šroubu a programovatelný motorizovaný stůl XY
Řídicí jednotka tříosého krokového motoru s připojením na modul PCl-e
Tandemový mikroskop se dvěma kamerami a osvětlením LED, zelené LED diody
Řídicí elektronika pro stroj a měřicí hlavy
Výměnné měřicí hlavy do 20 N
InspectorX – zkušební software pro řízení a měření
Softwarový modul Autofocus
Softwarový modul pro přehledový snímek z kombinovaných jednotlivých snímků s velkou hloubkou ostrosti

Společnost ZwickRoell implementovala do systému InspectorX možnost korekce radiálního posunu v souladu s normou ISO 14577:2015

Verze ZHN-S pro standardní zkušební úlohy

Přístroj ve verzi ZHN-S byl zkonstruován pro účely kontroly kvality u standardních průmyslových technologií. Robustní nanoindentor se snadným ovládáním nevyžaduje pro obsluhu pracovníka s odbornou kvalifikací. Animované instrukce a připravené aplikace v systému InspectorX pomáhají operátorům s přípravou a prováděním zkoušek. Počet chyb při obsluze je minimalizován a doba zaškolení je velmi krátká.

Nanonindentor ZHN-S je vždy vybaven měřicí jednotkou NFU. Proces vyhodnocování je rovněž jednoduchý: automatické fitování a volba rozsahu pro analýzu naměřených dat zjednodušují proces vyhodnocení měření na povlacích a vrstvách.

Nanoindentor ZHN-S pro kontrolu kvality u standardních průmyslových technologií

Použití nanoindentorů ZHN

Tvrdost a Youngův modul dle EN ISO 14577

Měření se obvykle provádí s použitím indentoru Berkovich řízeným zatížením / Je možné provádět i rychlá měření, např. s 10s nárůstem zatížení, 5s výdrží a 4s odlehčením.

Měřené veličiny:

Instrumentovaná tvrdost H_IT (s převodem do H_V)
Tvrdost dle Martense HM nebo HMs
Vtiskový modul E_IT (modul pružnosti)
Vtiskové tečení C_IT nebo vtisková relaxace R_IT
Koeficient zpětné deformace n_IT

Celkem je možné určit více než 60 různých veličin.

Další informace o tvrdosti a Youngovu modulu

Tvrdost podle Vickerse

Tvrdost podle Vickerse lze vypočítat z indentační tvrdosti. Spolkový ústav pro výzkum materiálů (BAM) provedl rozsáhlou práci, kdy srovnával výsledky mezi konvenční tvrdostí dle Vickerse a tvrdostí dle Vickerse vypočítanou pomocí algoritmů InspectorX a přehodnocenou z H_IT u 20 materiálů. Výsledky ukázaly průměrný rozdíl < 10 % oproti 25–30 % u jiných softwarových nástrojů.

[T. Chudoba, M. Griepentrog, International Journal of Materials Research 96 (2005) 11 1242 – 1246]

Další informace o tvrdosti podle Vickerse

QCSM – Quasi Continuous Stiffness Measurement

Měření v závislosti na hloubce pomocí modulu QCSM

Metoda kvazikontinuálního měření tuhosti „QCSM“ je modul vyvinutý společností ASMEC pro stanovení kontaktní tuhosti materiálu pomocí křivky zatížení a odlehčení pro řadu bodů během procesu indentace, a nejen pro jednu konkrétní hloubku. To umožňuje stanovit tvrdost a Youngův modul v závislosti na hloubce v jednom a tomtéž místě vzorku. Citlivost měření při malých silách je navíc zvýšena, což umožňuje stanovit hodnoty tuhosti pro velmi malé síly a hloubky vtisku. S modulem QCSM se nárůst zatížení na krátkou dobu pozastaví (1 až 4 sekundy) a piezoelektrické napětí se superponuje kmity se sinusovým průběhem. Na rozdíl od jiných metod není amplituda síly nebo posunutí zadána přímo. Amplituda a fáze kmitů se určují pomocí lock-in filtru.

Více o modulu QCSM

Určování křivek napětí-deformace pomocí neuronových sítí

Ve spolupráci s Výzkumným centrem v Karlsruhe byla vyvinuta metoda, která umožňuje stanovit úplnou křivku napětí-deformace u kovů na základě vtisku kulových indentorů. Tato metoda využívá pro identifikaci parametrů neuronové sítě a zohledňuje také kinematické zpevnění.

Další informace o závislosti napětí-deformace

Určování výškových profilů

Skenování povrchu lze provádět s laterální zatěžovací jednotkou (LFU) ve směru X s rozlišením v nanometrech nebo XY stolkem s rozlišením v mikrometrech bez LFU. Vyhodnocují se parametry drsnosti R_a, R_q nebo R_t.

Další informace o stanovení výškových profilů

Zkoušky mikroopotřebení

Oscilační zkoušky opotřebení lze provádět s amplitudou až 140 μm.

Další informace o zkouškách opotřebení

Mikrovrypová zkouška na křemíku, Fmax. 500 mN

Testy typu scratch a micro-scratch

Tyto zkoušky se obvykle provádějí pomocí kulových hrotů o poloměru 5 až 10 µm. Maximální napětí je většinou na povrchu (v povlaku), nikoli v substrátu. Vícenásobné snímání povrchu je možné. Malá délka vrypů má za následek menší opotřebení hrotu a zmenšuje vliv drsnosti povrchu.

Další informace o vrypových a mikrovrypových zkouškách

Další aplikace s přístrojem ZHN

Zkoušky adheze (např. kapalin)
Čistě elastická měření pomocí kuličkového indentoru pro stanovení Youngova modulu, včetně velmi tenkých a tvrdých vrstev o tloušťce menší než 50 nm
Mikrotahové zkoušky
Únavové zkoušky s nízkým počtem cyklů

Další informace o nanoindentaci

Máte otázky týkající se našich produktů?

Neváhejte a ozvěte se nám.
Rádi zodpovíme vaše dotazy.

Kontaktujte nás

Související produkty a příslušenství

K produktu

Zajímavé oblasti použití

Instrumentovaná indentační zkouška

ISO 14577

k Instrumentovaná indentační zkouška

Nanoindentace

ISO 14577

k Nanoindentace

Ke stažení

Prospekt k produktu: Zkoušení tvrdosti s produkty ZwickRoell PDF 13 MB
- německy
- anglicky
Informace o produktu: ZHN – univerzální nanomechanický zkušební systém PDF 2 MB
- německy
- anglicky
Informace o produktu: Upínací čelisti pro nanoindentor ZHN PDF 361 KB
- německy
- anglicky
Informace o produktu: ZHN-S – Nanoindentor pro standardní aplikace PDF 3 MB
- německy
- anglicky
Informace o produktu: ZHN/SEM – nanoindentory pro rastrovací elektronové mikroskopy PDF 1 MB
- německy
- anglicky
Informace o produktu: Vyhřívaný držák vzorků do 400 °C pro nanoindentace při zvýšených teplotách PDF 418 KB
- německy
- anglicky