Микро/нанотвердомер

Настольный прибор для комплексного контроля и измерения механических свойств микро- и наноструктурированных материалов, тонких фольг и пленок, а также покрытий и упрочняющих слоев толщиной от 0,01 до 100 мкм. Реализует методы наноиндентирования и царапания (скретч-тест). Полностью автоматизированное выполнение измерений, моторизованный предметный столик для перемещения образца, оптический микроскоп высокого разрешения с цифровой камерой позволяют максимально упростить технологический контроль и исследования в нанометровом диапазоне.

Особенности:

• метод измерительного индентирования позволяет определять твердость по невосстановленному отпечатку путем измерения зависимости нагрузки от внедрения и обладает следующими преимуществами:
• полнофункциональный метод царапания (скретч-тест) и метод измерительного индентирования реализованы на одной измерительной головке, что дает возможность проведения комплексного контроля параметров пленок, покрытий и упрочняющих слоев;
• цифровой оптический микроскоп высокого разрешения с переменным увеличением позволяет выполнять оперативный контроля полученных отпечатков/царапин в выбранной области измерений;
• наличие моторизованной системы перемещения образца (предметного столика) дает возможность проведения серии измерений в автоматическом режиме на заданном участке поверхности исследуемого образца, с целью получения большой статистической выборки результатов;
• прибор не требует применения специальных мер акустической и виброзащиты.

Метод измерений     
Метод измерительного индентирования, называемый также методом наноиндентирования, заключается в следующем: твердая игла (индентор) известной формы под действием наргузки Р вдавливается в поверхность образца с постоянной скоростью. При достижении заданной нагрузки Р_maxили глубины вдавливания h_max движение останавливается на определенное время для выдержки материала под нагрузкой. После этого индентор отводится в обратном направлении. В процессе вдавливания (нагружения) и отвода (разгрузки) индентора производится непрерывная запись значений нагрузки и соответствующих смещений. Результирующая зависимость представляет собой кривую нагрузка-внедрение

Область применения
Метод измерительного индентирования наиболее часто применяется для измерения механических свойств тонких пленок, покрытий и упрочняющих слоев толщиной менее 10 мкм, а также для контроля свойств отдельных фаз или включений в микро и наноструктурированных материалах. При измерении механических свойств тонких пленок необходимо учитывать тот факт, что глубина распространения пластической деформации под индентором приблизительно равна радиусу площади контакта индентора (Рис. 2, a). Поэтому характерный размер площади отпечатка индентора не должен превышать толщины измеряемого покрытия. В противном случае на результат измерений оказывают влияния свойства подложки

Преимущества метода измерительно индентирования. Контролируемые параметры.
Метод измерительного индентирования обеспечивает наибольшую из всех существующих методов измерения твердости локальность и прецизионность измерений.

Отсутствие необходимости измерения размера отпечатка оптическим микроскопом позволяет автоматизировать процесс контроля и набирать большой объем результатов измерений для статистической обработки, что кардинально повышает достоверность измерений.

Существенным отличием метода измерительного индентирования от всех других методов измерения твердости является возможность измерения модуля упругости (Юнга), коэффициента упругого восстановления, ползучести, трещиностойкости и др.

Условия эксплуатации прибора и требования к образцам
Конструкция прибора разработана таким образом, чтобы минимизировать влияние внешних воздействий на измерения. Однако необходимо помнить, что прецизионные измерения в микро и нанометровом диапазоне требуют особого подхода к условиям эксплуатации прибора и подготовке образцов.
    
Требования к условиям эксплуатации: 

• прибор должен размещаться на горизонтальной жесткой опоре, исключающей вибрации. Рекомендуется разместить прибор отдельно от рабочего места оператора;
• в рабочем помещении должны отсутствовать шум и низкочастотные вибрации;
• диапазон рабочих температур: 25+/-10 °C, влажность до 75%. Температура в помещении в процессе измерений должна меняться более чем на 1 °С (желательна система кондиционирования воздуха);
• во время измерений прибор должен быть изолирован от воздействия воздушных потоков (сквозняков, вентиляции и пр.).

Требования к образцам: 

• необходимо обеспечить тщательную очистку поверхности в области измерений от всех загрязнений (включая отпечатки пальцев). Для очистки рекомендуется пользоваться спиртом или другими растворителями, не оставляющими осадка и разводов;
• при подготовке образца шероховатость поверхности в области измерений должна быть существенно меньше глубины индентирования или царапания;
• поверхность в области измерений должна располагаться горизонтально. Если образцы помещаются непосредственно на предметный стол, то их грани должны быть плоскопараллельны. В противном случае необходимо использовать специальные держатели;
• образцы должны быть жесткие. Тонкие пластины должны быть закреплены на жесткой подложке.