Caracterização De Sistemas Revestidos Usando o Teste Combinado de Nanohardness e de Microscopia da Força da Exploração Dos Instrumentos do CSM

Assuntos Cobertos

Fundo

Resultados

Profundidades Muito Maiores Do Que a Espessura de Filme

Variações da Dureza E do Módulo

Conclusões

Fundo

O Trabalho em sistemas revestidos com o Verificador de Nanohardness (NHT) dos Instrumentos do CSM e do objetivo de Varredura integrado do Microscópio (SFM) da Força mostrou que os efeitos da pilha-acima têm conseqüências importantes para a medida de propriedades mecânicas das curvas do carga-deslocamento do nanoindentation. Isto é porque a área de contacto calculada entre o indenter e a amostra não leva em consideração nenhuma variação devido à pilha-acima ou dissipador-do material em torno do local do recorte.

Este artigo focaliza em um filme fino titanium da espessura 200nm depositado em umas 100] carcaças do Si [. Os Recortes foram executados usando um indenter piramidal de Berkovich (três-tomado partido) em profundidades de 25 nanômetro até 1225 nanômetro, este ser a escala total da medida do instrumento de NHT para esta amostra particular.

Resultados

O titânio depositado plasma é de facto mais duro do que a carcaça do Si, devido aos esforços internos altos produzidos em conseqüência do depósito e do filme de óxido (geralmente TiO2) que forma imediatamente na remoção da amostra do reactor. As imagens de SFM (Fig. 1) mostram claramente a estrutura de superfície da morfologia e de grão do revestimento depositado.

Para o recorte imaged feito com hmax = 50 nanômetro, a impressão residual são mal visíveis e são de um valor similar como a aspereza de superfície (~ 20 nanômetro). Porque o hmax é aumentado, nenhum efeito aparente da pilha-acima é visível até que a carcaça esteja alcançada, sugerindo que o fluxo plástico seja distante mais restrito do que aquele de uns revestimentos mais macios (tais como o alumínio ou o ouro). Para as profundidades onde o hmax > 200 nanômetro (a espessura de filme), a quantidade de pilha-acima aumenta gradualmente mas pode-se observar que a morfologia de superfície do material empilhado-acima permanece a mesma que que cercando o. Isto sugeriria que, contrariamente a uns revestimentos mais macios onde o material fosse empurrado obviamente os lados do indenter, o material se submetesse à melhoria devido ao abrandamento da carcaça no descarregamento.

Isto é confirmado mais pelas bordas côncavas das impressões.

AZoNano - O A a Z da Nanotecnologia - imagens de SFM de impressões residuais para profundidades máximas (hmax) (a) de 50 nanômetro, (b) 175 nanômetro, (c) 400 nanômetro, e (d) 1225 nanômetro. A amostra é um filme titanium (espessura = 200 nanômetro) engasgado em umas 100] carcaças do Si [.

Figura 1. imagens de SFM de impressões residuais para profundidades máximas (hmax) (a) de 50 nanômetro, (b) 175 nanômetro, (c) 400 nanômetro, e (d) 1225 nanômetro. A amostra é um filme titanium (espessura = 200 nanômetro) engasgado em umas 100] carcaças do Si [.

Profundidades Muito Maiores Do Que a Espessura de Filme

Para as profundidades muito maiores do que a espessura de filme (por exemplo, Fig. 1 (d)), a quantidade relativa de pilha-acima é significativamente menor porque uma parcela maior do volume deformado está na carcaça do Si. A evolução da pilha-acima com profundidade de penetração é representada em Fig. 2, traçando uma selecção de perfis de secção transversal através das impressões imaged. Nas profundidades maiores do que a espessura de filme, a transição entre o revestimento e a carcaça são claramente visíveis, como é o abrandamento elástico da carcaça do Si que dá uma protuberância no perfil na relação.

AZoNano - O A a Z da Nanotecnologia - Uma selecção de perfis de secção transversal através dos recortes imaged para profundidades (hmax) de 50 até 1225 nanômetro. Note a influência crescente da carcaça do Si para as profundidades que excedem a espessura de filme do Si (200nm).

Figura 2. Uma selecção de perfis de secção transversal através dos recortes imaged para profundidades (hmax) de 50 até 1225 nanômetro. Note a influência crescente da carcaça do Si para as profundidades que excedem a espessura de filme do Si (200nm).

Variações da Dureza E do Módulo

As variações da dureza e do módulo são traçadas em Fig. 3 em função da profundidade de penetração máxima, hmax, normalizado no que diz respeito à espessura de filme, tf. Para o lote da dureza, uma diminuição íngreme é observada de um valor que aproxima 16 GPa em profundidades rasas a aproximadamente 11 GPa na relação da revestimento-carcaça. Para valores de hmax/tf > 1, a dureza diminui mais gradualmente para baixo a um valor de 9 GPa, este ser a dureza da carcaça. A dispersão maior de pontos experimentais em profundidades rasas pode ser atribuída aos efeitos da aspereza de superfície e a influência de variação da camada de superfície do óxido, que, para um filme tão fino, pode bem estender uma distância significativa no revestimento. A variação no módulo elástico, mostrado em Fig. 3 (b), desce de 270 GPa a 140 GPa, sem a descontinuidade aparente em conseqüência da relação da revestimento-carcaça. Tais resultados confirmam a aplicabilidade do NHT a medir propriedades mecânicas em função da profundidade em uma maneira precisa e lógica.

AZoNano - O A a Z da Nanotecnologia - A variação do módulo do dureza (a) e o elástico (b) é traçado em função da profundidade normalizada (hmax/tf) para um filme titanium engasgado em umas 100] carcaças do Si [.

Figura 3. A variação do módulo do dureza (a) e o elástico (b) é traçada em função da profundidade normalizada (hmax/tf) para um filme titanium engasgado em umas 100] carcaças do Si [.

AZoNano - O A a Z da Nanotecnologia - representação Tridimensional da imagem mostrada em Fig. 1 (d). Note a extensão da pilha-acima e a morfologia da carcaça do Si.

Figura 4. representação Tridimensional da imagem mostrada em Fig. 1 (d). Note a extensão da pilha-acima e a morfologia da carcaça do Si.

Conclusões

Em Relação aos sistemas revestidos comuns, o NHT mostrou que a informação do deslocamento de carga apenas não pode sempre determinar os mecanismos verdadeiros da deformação que ocorrem na relação da ponta-amostra, e que a imagem lactente de SFM das impressões residuais em várias profundidades é meios inestimáveis de caracterizar o comportamento da deformação da revestimento-carcaça.

Além, o NHT/SFM é capaz de fornecer dados do carga-deslocamento junto com a informação topográfica (isto é, aspereza de superfície, extensão da pilha-acima/dissipador-em efeitos, área de contacto verdadeira, volume de material deslocado, forma da ponta do indenter, Etc.) em uma maneira rápida e eficiente.

Source: Instrumentos do CSM

Para obter mais informações sobre desta fonte visite por favor Instrumentos do CSM

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

Last Update: 9. December 2014 19:56

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