ZHN - Evrensel Nanomekanik Test Sistemi

Yeni bir boyut

İnce tabakaların veya küçük yüzey alanlarının gerekli kuvvet ve yol çözünürlüğü ile kapsamlı mekanik karakterizasyonu - bu ZHN üniversal nanomekanik test cihazının uygulama alanıdır. Bu, ISO 14577'ye göre (batma testi) girinti sertliği, girinti modülü ve Marten sertliğinin ölçümünü içerir.
ZHN Nano çentikleyici

Önemli avantajlar ve özellikler

  • Kolay anlaşılır tasarıma sahip modern yazılım
  • Eksen ekseni tam olarak hareket ekseninde sert çerçeve konstrüksiyonu (eğme momenti yok)
  • Aracılığıyla en büyük modülerlik:
    • Normal (20 N / 2 N / 0.2 N) ve yanal yönde değiştirilebilen ölçüm başlığı - böylece yükleme koşullarının pratik modellenmesi
    • 2 Kamera ile hava alanı için geliştirilmiş benzersiz tandem optik, 4 farklı büyütme oranına kadar genişletilebilir
    • Sertlik ve E modülü testi, çizik testi, döngüsel ve titreşim bindirmeli batma testi için fonksiyon/uygulama modüllerinde yazılımın yapılandırılması
  • Muhtelif numune tutucular mevcuttur, ayrıca kontak direnci ölçüm ucu için izolasyonlu numune taşıyıcıları olan çeneler - numune
  • Hassas adım boyutu ve yüksek çözünürlükte tüm yönlerde geniş alan:
    • X-Yönü: 100 mm
    • Y-Yönü: 200 mm
    • Z-Yönü: 70 mm
  • Geliştirilmiş termal ve akustik yalıtım ile yeni kabin tasarımı/muhafazası

ZHN uygulama alanları

DIN EN ISO 14577'ye göre sertlik ve elastisite modülü

Berkovich batıcı uç ile sertlik kursu

Berkovich batıcı uç ile sertlik kursu

Ölçümler genellikle kuvvet kontrolü altında bir Berkovich indenter ile gerçekleştirilir. Çok hızlı ölçümler mümkündür, örneğin 10 s yük, 5 s bekletme süresi ve 4 s yükü hafifletme.

  • Ölçülebilir boyutları:
  • İndentasyon HIT (HV)
  • Marten sertliği HM veya HMs
  • Batıcı modül EIT (Elastik modül)
  • Penetrasyon sürünme CIT veya gevşeme RIT
  • Elastik deformasyon fraksiyonunun penetrasyon çalışmasına oranı ηIT

Toplamda, 60'tan fazla boyut çıkartılabilinir.

Vickers sertliği

Vickers sertlik karşılaştırması

Vickers sertliğinin göreceli sapmasına genel bakış

Vickers sertliği, penetrasyon sertliğinden hesaplanabilir. Federal Malzeme Araştırmaları Enstitüsü'nün (BAM) geleneksel Vickers sertliği ile InspectorX algoritmaları kullanılarak hesaplanan HIT tarafından dönüştürülen Vickers sertliği arasındaki 20 malzeme ile kapsamlı bir karşılaştırması, diğer yazılım paketleri için % 25-30'a karşılık < % 10'luk bir ortalama farklılık gösterdi.

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

QCSM modülü ile derinliğe bağlı ölçümler

QCSM - Yarı Sürekli Sertlik Ölçümü

QCSM yönteminin şematik gösterimi

"Sürekli Sertlik Ölçme Yöntemi", ASMEC tarafından geliştirilen, sadece bir derinlik için kabartma eğrisi yardımı ile değil, penetrasyon işlemi sırasında birçok nokta için numunenin temas sertliğini belirlemeyi mümkün kılan yeni bir modüldür. Sonuç olarak, elastikiyetin sertliği ve modülü bir ve aynı numune yerinin derinliğine bağlı olarak belirlenebilir. Ek olarak, ölçümün hassasiyeti düşük kuvvetlerde artırılır, böylece çok küçük kuvvetler ve penetrasyon derinlikleri için bile sertlik değerleri belirlenebilir. QCSM modülü ile, yük artışı kısa bir süre (1 - 4 s) için durdurulur ve piezo voltajı sinüzoidal bir salınım üzerine bindirilir. Diğer yöntemlerden farklı olarak, kuvvet veya yer değiştirme genliği doğrudan verilmez. Kilitleme filtresi, titreşimlerin genliğini ve fazını belirler.

Nöronal bağlantı ile gerilme-şekil değiştirme eğrisi hesaplaması

ZHN ile analiz

Karlsruhe Araştırma Merkezi ile işbirliği içinde, metallerin tam gerilme-uzama eğrisinin bilyalı girintilerin izlenimlerinden belirlenmesini sağlayan bir yöntem geliştirilmiştir. Parametre tanımlama için sinir ağlarının kullanımına dayanır ve kinematik sertleşmeyi de dikkate alır.

Yükseklik profillerinin belirlenmesi

ZHN ile yükseklik profili ölçümü

Temas kuvveti 100 μN ile bir çizik testi dik tarayın

Yüzeyin taramaları, X-doğrultusundaki yanal kuvvet birimi (LFU) ile nm-çözünürlükte ve LFU'suz μm-çözünürlüklü XY-tabloları ile gerçekleştirilebilir. Ra, Rq veya Rt gibi pürüzlülük değerleri belirlenir.

Mikro aşınma testleri

Nanoindenter ZHN ile mikro aşınma testleri

DLC katmanında elmas uç (55 mikron yarıçapı) ile testler yapın. Sol sıra 1000 mN, sağ sıra 1500 mN yük. Genlik 50 μm, ölçüm süresi 1800 s.

140 upm'ye kadar amplitüdler ile salınım aşınma testleri yapılabilir.

Çizik testleri

Silikonda mikro çizik testi, Fmax 500 mN

Silikonlu bir tabakanın kazıma testi, Fmax 500 mN

Testler tipik olarak 5 ila 10 mikron yarıçapı arasında küresel pikler ile gerçekleştirilir. Böylece, maksimum germe genellikle alt tabakada bulunur. Yüzeyin çoklu taramaları mümkündür. Çizik uzunluğu, uç aşınmasını ve yüzey pürüzlülüğünün etkisini azaltır.

... ve ZHN ile daha fazla uygulama

  • Yapışma ölçümleri (örneğin sıvılar)
  • 50 mm kalınlığındaki çok ince, sert tabakalarda bile elastiklik modülünün belirlenmesi için bilya ile saf elastik ölçümler
  • Mikro çekme testleri
  • Az sayıda döngü ile yorulma ölçümleri
Kullanımda LFU ile ZHN Nanoindenter

Test kavramının çeşitliliği ve esnekliği

Evrensel Nanomekanik Test Cihazı ZHN, ASMEC'in kanıtlanmış nanoindenter teknolojisinin daha da geliştirilmesidir. İlk kez, iki ölçme başlığını normal yönde (nanoindenter prensibi) ve yanal yöne (çizik test cihazı prensibi) birleştirir, her ikisi de birbirinden tamamen bağımsız olarak nanometre çözünürlüğü ile çalışır. İlk kez, daha fazla malzeme parametresinin önceden elde edilebildiği yanal kuvvet-yer değiştirme eğrileri ölçülebilir (uygulama örneklerine bakınız). Bu, yanal rijitliğin ve numunenin tamamen elastik yanal deformasyonlarının ölçümünü içerir.

Merkez tahrikli ve hassas 2 kolonlu yük çerçevesi, daha sert bir çerçeve yapısı sağlar. Ayrıca, gösterge ekseni tam olarak hareket ekseninde bulunur. Devrilme momenti yoktur ve ölçüm hataları hariç tutulmuştur. Cihaz sertliği 106 N/m'den fazladır ve artık düzeltilmesi gerekmemektedir, bu da yüzey fonksiyonunun kalibrasyonunu çok daha kolay hale getirir.

Diğer üreticilerden gelen cihazların aksine, iki ölçüm başlığı hem çekme hem de basma çalışır, böylece titreşim üst üste binen girinti ve döngüsel yorulma testleri uygulanabilir.

ZHN, ölçüm kafalarının tasarımı için iki patente dayanmaktadır:

NFU'nun Prensibi

Normal Force Unit (NFU)

Normal Force Unit (NFU)

  • Normal yönde çift yapraklı yay sistemi hareketliliği ve yanal yönde yüksek sertlik nedeniyle
  • Sağlam konstrüksiyon
  • Aşırı yüklenme durumunda endüktif sensörlerin durması ve zarar görmemesi
  • Şaft, ölçüm aralığını terk etmeden daha büyük ağırlıklar taşıyabilir. Müşteriye özel ölçüm ipleri herhangi bir sorun olmadan kullanılabilir.

LFU'nun Prensibi

Lateral Force Unit (LFU)

Lateral Force Unit (LFU)

  • Dikey yaprak yay çiftlerinin ortasındaki numunelerle çeneler
  • Normal yönde yeterli sertlik ile numune pozisyonunun dikey değişimi olmadan yanal yönde hafif yer değiştirme
  • Kuvvet ölçümü kuvvet ölçümünden ayrıştırıldı
  • Lateral yer değiştirme olmadan yanal kuvvetlerin uygulanması ve ölçülmesi mümkündür
ZHN nanoindenter'ın görünüşüne bak.

Optik modülerliği

Muhtemel ölçüm yöntemlerinin sayısını artırın ve ZHN'yi çeşitli optik sistemlerimizle birleştirin, örn. entegre bir AFM.

Optiklerin avantajları ve özellikleri

  • 50x objektif - ışın yolu, iki kameraya ışın ayırıcılar ve ara optikler ile yönlendiriliyor
  • Optik resim içinde olabilir
    • Ölçüm noktalarını tanımlayın
    • Mesafeleri ve çevre ölçülerini ölçün
    • Bir düğmeye dokunarak mevcut ölçüm noktalarını kapatın ve görüntüleyin
    • Kontrol aydınlatma ve görüntü parametreleri
    • Ölçekleri ve kayıt zamanlarını göster
  • Mekanik lens ortadan kaldırarak yüksek konumlandırma doğruluğu ve büyütmeler arasında hızlı geçiş
  • Gözlük gibi hafif yansıtıcı yüzeyler bile kolayca görüntülenebilir
  • Net görüntü için yüksekliği bulmak için otomatik odaklama işlevi
  • Ölçüm noktalarının resimlerinin otomatik oluşturulması (programlanabilir)
  • Geniş bir alan derinliğine sahip kompozit görüntülerden oluşan genel bakış görüntüsü

Optiklerin farklı seçenekleri

Dişe entegre beyaz ışık interferometresi

Dişe entegre beyaz ışık interferometresi

Optik değişkenler

Varsayılan olarak 50x lensli tandem mikroskop ZHN ile birlikte gelir. İsteğe bağlı olarak, artan çalışma mesafesine sahip bir 50x mercek sunulabilir. Ayrıca 2 olasılığı var. Mercek, 5x objektif veya beyaz ışık interferometresi içerir.

Açıklama

Model Numarası

ZHN için Tandem Mikroskop için Uzun Mesafe mercek 50x

  • 10.6 mm geniş çalışma mesafesi (aksi halde: 0,38 mm)
  • Standart mercek 50x yerine şarj

1016479

Mikroskop ölçüm tandem ikinci amacı olarak mercek 5x

  • Dahil mercekler arasında geçiş yapmak için mercek sürgüsü (manuel)
    iki farklı büyütme ile

1011431

Beyaz ışık interferometre SmartWLI

  • Orijinal ZHN optik kullanıldığında ZHN için bir modül olarak optik profilometre
    2 kamera ile

Bileşenler:

  • Mirau mercek 50x
  • Piezoelektrik mercek kademesi 400 μm (390 μm kullanılabilir) yükseklik ayarı için
  • Yazılım SmartWLI (dikiş modülü olmadan)
  • 2.5D sunumlar ve analiz için Yazılım MountainsMap Görüntüleme Topografisi
  • Dahil mercekler arasında geçiş yapmak için mercek sürgüsü (manuel)

1023953

Atomic Force Microscope (AFM)

Bir AFM'nin ZHN'ye bağlanması

Kapsamsız ve (yarı) otomatik analiz sağlamak için tek bir sistemde Nano fabrika ve Atomik Kuvvet Mikroskobu (AFM) birleştirilebilir. İlk adımda atomik kuvvet mikroskobu, yüzey pürüzlülüğünü ölçer ve böylece minimum penetrasyon derinliğini tanımlamaya yardımcı olur. Daha sonra, numune aynı alanda mekanik analiz yapmak için nanoindenter altında konumlandırılmıştır. Son bir adımda, bu konum, çukur etrafında malzeme birikmesi, çökme veya çatlama gibi stres kaynaklı özellikleri karakterize etmek ve anlamak için AFM'nin altına geri alınabilir. Bu etkiler, sertlik ve elastisite modülü için elde edilen değerler üzerinde bir etkiye sahip olabilir.

Açıklama

Model Numarası

Standart ölçüm modları için atomik kuvvet mikroskobu NaniteAFM C1000: Static Force (Contact), Dynamic Force, Force Modulation, Spreading Resistance, Phase Contrast, Magnetic Force, Electrostatic Force

dahil:

  • Nanosurf C1000 kontrol elektroniği (24/32 Bit), sistemin harici kontrolü için Komut Dosyası Arabirimi (COM Arayüzü)
  • Yüksek çözünürlüklü kameralar, üst ve yan görünüşlü NaniteAFM ölçüm başlığı (110 μm x 110 μm x 20 μm)
  • NaniteAFM ProbÖlçüm başlığı çenesi - Hassas Montaj, ZwickRoell-Roell Nanoindenter'a Entegrasyon
  • NaniteAFM Numune Aşama 204 - Pasif titreşim yalıtımı dahil ek sistem çene
  • NaniteAFM araç takımı
  • Büyük ölçüm aralıkları için AFM numune seti
  • Statik ölçüm modları için AFM ölçüm uçları (10 adet)
  • Dinamik ölçüm modları için AFM ölçüm uçları (10 adet)

1025985

Teknik Genel Bakış

Aşağıda, temel ölçüm biriminin, ölçümlerinin verileri gibi, kuvvet ölçümünün dijital çözünürlüğü gibi teknik verileri bulacaksınız.

50x Objektifli ana ünite

Açıklama

Değer

Ürün No.

1011428

Boyutlar (Y x G x D)

790 x 640 x 390

mm

Ağırlık

yaklaşık 105

kg

Elektrik gerilimi

230

V

Optik

İki video kameralı tandem mikroskop

1280 x 1024 piksel, USB 3,0 bağlantısı

Objektif

50 x[1]

Çalışma mesafesi

0,38 / 10,6 [2]

mm

Aydınlatma

yeşil LED, maks. Güç 1 W

Optik büyütme 23 '' (kamera 1/kamera 2)

1000 x / 3350 x

Görüntü alanı (kamera 1 / kamera 2)

324 x 259 μm / 96 x 77 μm

Piksel çözünürlük küçük/büyük (Kamera 1/Kamera 2)

254 nm / 76 nm

Masa sistemi

X-Masa yöntemi

100 mm, artış 50 nm

Y-Masa yöntemi

200 mm, artış 50 nm

Z-Masa yöntemi

70 mm, artış 10 nm

Maksimum numune boyutları (X x Y x Z)

80 x 80 x 60

mm

Bir çizik testinin maksimum uzunluğu

25[3]

mm

  1. standart teslimat kapsamı dahil
  1. Uzun mesafe mercek, optik varyantları bakın
  1. numune yüzeyinin düzgünlüğüne bağlı olarak

5x Objektifli ana ünite

Açıklama

Değer

Ürün No.

1011428

Boyutlar (Y x G x D)

790 x 640 x 390

mm

Ağırlık

yaklaşık 105

kg

Elektrik gerilimi

230

V

Optik

İki video kameralı tandem mikroskop

1280 x 1024 piksel, USB 3,0 bağlantısı

Objektif

5 x[1]

Çalışma mesafesi

10,6

mm

Aydınlatma

yeşil LED, maks. Güç 1 W

Optik büyütme 23 '' (kamera 1/kamera 2)

100 x / 335 x

Görüntü alanı (kamera 1 / kamera 2)

3,2 x 2,6 mm / 0,97 x 0,7 mm

Piksel çözünürlük küçük/büyük (Kamera 1/Kamera 2)

2540 nm / 760 nm

Masa sistemi

X-Masa yöntemi

100 mm, artış 50 nm

Y-Masa yöntemi

200 mm, artış 50 nm

Z-Masa yöntemi

70 mm, artış 10 nm

Maksimum numune boyutları (X x Y x Z)

80 x 80 x 60

mm

Bir çizik testinin maksimum uzunluğu

25[2]

mm

  1. Manuel değişmeli 5 x lens, bkz. Optik değişkenler
  1. numune yüzeyinin düzgünlüğüne bağlı olarak

Standart ölçüm başlığının teknik verileri

NFU-Ölçüm başlığı (Normal Force Unit)

Ürün numarası

1050945

1016415

1016416

Test kuvveti, maks. (Fmax), normal[1]

yaklaşık 20

yaklaşık 2

yaklaşık 0,2

N

Test yükü, min. (Fmin), normal[1]

yaklaşık 2

yaklaşık 0,2

yaklaşık 0,05

mN

Dijital çözünürlük kuvvet ölçümü

≤ 0,2

≤ 0,02

≤ 0,002

μN

Gürültü kat kuvveti ölçümü

≤ 20[2]

≤ 2[3]

≤ 0,2[3]

μN

Deplasman, maks.

yaklaşık 200[1]

yaklaşık 200[1]

yaklaşık 200[1]

μm

Dijital çözünürlük deplasman ölçümü

≤ 0,002

≤ 0,002

≤ 0,002

nm

Arka plan gürültü deplasman ölçümü (8 Hz'de 1 σ)

≤ 0,4

≤ 0,3

≤ 0,3

nm

Gürültü kat deplasman ölçümü (kapalı çevrim modülünde 1 σ)

≤ 0,2

≤ 0,2

Dinamik modül [4]

Salınım frekansı, maks.

300

300

300

Hz

Frekans, maks. sertlik değerlendirmesi için

70

70

25

Hz

Veri toplama oranı

40

40

40

kHz

Kuvvet büyüklüğü, maks. titreşim

> 100

> 100

> 100

mN

  1. Basma ve çekme
  1. 2 N, ≤ 65 20 N'de
  1. sinyal gürültü oranı 106
  1. sadece QCSM yazılım modülü ile bağlantılı olarak

Yanal ölçüm başlığının teknik verileri

Yanal ölçüm kafası (LFU)

Açıklama

Değer

Ürün No.

1021148

Test kuvveti, maks. (Fmax), yanlamasına[1]

yaklaşık 2

N

Dijital çözünürlük kuvvet ölçümü

≤ 0,02

μN

Gürültü kat kuvveti ölçümü

≤ 6

μN

Deplasman, maks.[1]

yaklaşık 75

μm

Dijital çözünürlük deplasman ölçümü

≤ 0,002

nm

Temel gürültü deplasman ölçümü

≤ 0,5

nm

  1. Basma ve çekme

Uygulama alanları (örnekler)

  • Yumuşak (polimer) den sert (elmas benzeri tabakalara) tabaka gelişimi
  • Çatlama veya plastik deformasyon için kritik gerilmelerin belirlenmesi
  • Araçlar ve çizilmeye karşı koruma için sert kaplamalar
  • Gözlük üzerinde koruyucu kaplamalar
  • Laklar ve sol-jel tabakaları
  • Kesitlerin sertlik profilinin otomatik ölçümü
  • Sensörler ve MEMS/NEMS için Nano katmanlar
  • Biyolojik malzemeler
  • Alaşımlarından Matriks etkileri (eşleme)
  • Seramik malzemeler ve kompozitler
  • İyon implantasyon yüzeyleri
  • Mikroelektronikte hasar analizi
  • Alan taşıma kapasitesinin belirlenmesi (ELASTICA)

400 °C'ye kadar sıcak numuneler için

Numune ısıtıcı, standart çene yerine ZHN'ye monte edilebilir. Pasif soğutma ile çalışır ve su kaynağına ihtiyaç duymaz. Bu, yanal kuvvet katkısı olmadan yanal kuvvet ölçümleri ve çizme testlerine izin verir.
Bir ZHN'de monte edilen numune ısıtıcı

Çalışma prensibi

İki ısıtma devresi kullanılır: Numunenin altına bir sıcak plaka yerleştirilir ve bir ısıtma silindiri numune üzerinde bir kapağa oturur. Uçta olan uzatılmış bir Macor çubuğu, kapak içine doğru uzanır ve numunenin üzerindeki hava hacmiyle birlikte ısıtılır. PT100 sıcaklık sensörleri ısıtma elemanlarına entegre edilmiştir.

Testten sonra üst kapağı kaldırabilirsiniz. Numune yüzeyinin görsel bir kontrollü, konumlandırma doğruluğunu kaybetmeden uzun menzilli bir hedef vasıtasıyla gerçekleştirilebilir. Numune ve ısıtma plakası aşağıdan bir duruşa karşı bastırılır. Numuneyi düzeltmek için yapıştırıcı gerekli değildir.

Numune ısıtıcı teknik verileri

Açıklama

Değer

Ürün No.

1045659

Isı, maks.

400

°C

Isıtma oranı, maks.

100

K/min

Sıcaklık sabitliği

≤ 1

K

Numune boyutu, maks.

15 x 15 x 5

mm

Numune boyutu, min.

5 x 5 x 2

mm

Ölçüm alanı, maks.

4 x 4

mm

Characterization of coatings in the nano range

As coatings become thinner, the difficulty in determining their physical properties increases. The limits of previously tried and tested surface engineering techniques are encountered and results become unreliable. Available from ZwickRoell is an efficient solution to this problem in the form of a tester developed specifically for characterizing mechanical surface properties in the micro and nano ranges.
LFU_01
YUKARI