Caratterizzazione Dei Sistemi Rivestiti Facendo Uso della Prova Combinata di Nanohardness e della Microscopia della Forza di Scansione Dagli Strumenti di CSM

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Sfondo

Risultati

Profondità Molto Maggiori dello Spessore di Pellicola

Variazioni di Durezza E del Modulo

Conclusioni

Sfondo

Il Lavoro sui sistemi rivestiti con il Tester di Nanohardness (NHT) dagli Strumenti di CSM e dall'obiettivo di Scansione integrato del Microscopio (SFM) della Forza ha indicato che gli effetti del tamponamento a catena hanno conseguenze importanti per la misura dei beni meccanici dalle curve del dislocamento a pieno carico di nanoindentation. Ciò è perché l'area di contatto calcolata fra il penetratore ed il campione non considera alcuna variazione dovuto il tamponamento a catena o lavandino-del materiale intorno al sito della dentellatura.

Questo articolo mette a fuoco su una pellicola sottile di titanio di spessore 200nm depositata sui 100] substrati di Si [. Le Dentellature sono state eseguite facendo uso di un penetratore piramidale (trilaterale) di Berkovich alle profondità da 25 nanometro fino a 1225 nanometro, questo essere l'intervallo totale di misura dello strumento di NHT per questo campione particolare.

Risultati

Il titanio depositato plasma è in effetti più duro del substrato di Si, dovuto gli alti sforzi interni prodotti come conseguenza del deposito e della pellicola di ossido (solitamente TiO2) che si forma immediatamente su rimozione del campione dal reattore. Le immagini di SFM (Fig. manifestazione di 1) chiaramente la morfologia e la struttura del grano di superficie del rivestimento depositato.

Per la dentellatura imaged fatta con hmax = 50 nanometro, l'impronta residua sono a mala pena visibili e sono di simile grandezza come la rugosità di superficie (~ 20 nanometro). Poichè il hmax è aumentato, non ci sono effetti evidenti del tamponamento a catena notevoli fino a raggiungere il substrato, suggerente che lo scorrimento plastico sia molto più limitato di quello dei rivestimenti più molli (quali alluminio o oro). Per le profondità dove il hmax > 200 il nanometro (lo spessore di pellicola), la quantità di tamponamento a catena aumenta gradualmente ma può essere osservato che la morfologia di superficie del materiale palancola-su rimane la stessa di che circondandolo. Ciò suggerirebbe che, contrariamente ai rivestimenti più molli in cui il materiale è spinto ovviamente nei lati del penetratore, il materiale avesse subito l'adeguamento verso l'alto dovuto rilassamento del substrato sullo scarico.

Ciò più ulteriormente è confermata dalle barriere concave delle impronte.

AZoNano - A - Z di Nanotecnologia - immagini di SFM delle impronte del residuo per le profondità massime (hmax) (a) di 50 nanometro, (b) 175 nanometro, (c) 400 nanometro e (d) 1225 nanometro. Il campione è una pellicola di titanio (spessore = 200 nanometro) polverizzata sul Si [100] un substrato.

Figura 1. immagini di SFM delle impronte del residuo per le profondità massime (hmax) (a) di 50 nanometro, (b) 175 nanometro, (c) 400 nanometro e (d) 1225 nanometro. Il campione è una pellicola di titanio (spessore = 200 nanometro) polverizzata sul Si [100] un substrato.

Profondità Molto Maggiori dello Spessore di Pellicola

Per le profondità molto maggiori dello spessore di pellicola (per esempio, la Fig. 1 (d)), la quantità relativa di tamponamento a catena è significativamente più piccola perché una maggior parte del volume deforme è nel substrato di Si. L'evoluzione del tamponamento a catena con profondità di infiltrazione è rappresentata nella Fig. 2, tracciando una selezione dei profili a sezione trasversale attraverso le impronte imaged. Alle profondità maggiori dello spessore di pellicola, la transizione fra il rivestimento ed il substrato è chiaramente visibili, come è il rilassamento elastico del substrato di Si che dà un rigonfiamento nel profilo all'interfaccia.

AZoNano - A - Z di Nanotecnologia - Una selezione dei profili a sezione trasversale attraverso le dentellature imaged per le profondità (hmax) da 50 fino a 1225 nanometro. Noti l'influenza aumentante del substrato di Si per le profondità che superano lo spessore di pellicola del Ti (200nm).

Figura 2. Una selezione dei profili a sezione trasversale attraverso le dentellature imaged per le profondità (hmax) da 50 fino a 1225 nanometro. Noti l'influenza aumentante del substrato di Si per le profondità che superano lo spessore di pellicola del Ti (200nm).

Variazioni di Durezza E del Modulo

Le variazioni di durezza e del modulo sono tracciate nella Fig. 3 in funzione della profondità di infiltrazione massima, hmax, normalizzato riguardo allo spessore di pellicola, tf. Per il tracciato di durezza, una diminuzione ripida è osservata da un valore che si avvicina a 16 GPa alle profondità basse a circa 11 GPa all'interfaccia del rivestimento-substrato. Per i valori di hmax/tf > 1, la durezza diminuisce più gradualmente giù ad un valore di 9 GPa, questo essere la durezza del substrato. La maggior dispersione dei punti sperimentali alle profondità basse può essere attribuita agli effetti della rugosità di superficie e l'influenza variante del livello di superficie dell'ossido, che, per così pellicola sottile, può estendere bene una distanza significativa nel rivestimento. La variazione in modulo elastico, indicato nella Fig. 3 (b), discende da 270 GPa a 140 GPa, senza discontinuità evidente come conseguenza dell'interfaccia del rivestimento-substrato. Tali risultati confermano l'applicabilità del NHT a misurare i beni meccanici in funzione di profondità in un modo preciso e logico.

AZoNano - A - Z di Nanotecnologia - La variazione del modulo elastico di durezza (a) e (b) è tracciato in funzione di profondità normalizzata (hmax/tf) per una pellicola di titanio polverizzata sui 100] substrati di Si [.

Figura 3. La variazione del modulo elastico di durezza (a) e (b) è tracciato in funzione di profondità normalizzata (hmax/tf) per una pellicola di titanio polverizzata sui 100] substrati di Si [.

AZoNano - A - Z di Nanotecnologia - rappresentazione Tridimensionale dell'immagine indicata nella Fig. 1 (d). Noti le dimensioni del tamponamento a catena e la morfologia del substrato di Si.

Figura 4. rappresentazione Tridimensionale dell'immagine indicata nella Fig. 1 (d). Noti le dimensioni del tamponamento a catena e la morfologia del substrato di Si.

Conclusioni

Per Quanto Riguarda i sistemi rivestiti comuni, il NHT ha provato che le informazioni del dislocamento a pieno carico da solo non possono sempre determinare i veri meccanismi di deformazione che accadono all'interfaccia del suggerimento-campione e che la rappresentazione di SFM delle impronte residue alle varie profondità è mezzi inestimabili di caratterizzazione del comportamento di deformazione del rivestimento-substrato.

Inoltre, il NHT/SFM è capace di fornitura dei dati del dislocamento a pieno carico insieme ad informazioni topografiche (cioè, rugosità di superficie, dimensioni del tamponamento a catena/lavandino-negli effetti, area del contatto vera, volume di materiale spostato, forma del suggerimento del penetratore, Ecc.) in un modo veloce ed efficiente.

Sorgente: Strumenti di CSM

Per ulteriori informazioni su questa sorgente visualizzi prego gli Strumenti di CSM

Date Added: Nov 30, 2006 | Updated: Dec 2, 2014

Last Update: 9. December 2014 19:47

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