De Nano Impact testen module is een recente toevoeging aan de CSM Instrumenten Nano hardheidsmeter en is ontwikkeld voor het bestuderen van de effecten respons van materialen op ultra lage belastingen. Het principe is eenvoudig: een belasting oscillatie stap wordt aangebracht op een vooraf ingesteld moment tijdens een pauze in het inspringen last-lossen cyclus. De indenter tip kan daarom gebruikt worden om het monster oppervlak op een gecontroleerde manier en de snelheid van de effecten nauwkeurig kunnen worden gedefinieerd impact. Dunne films en coatings Dunne coatings die worden onderworpen aan herhaalde stress kan vaak sneller mislukken dan wanneer alleen onderworpen aan een eenwieler stress. Veel dunne film toepassingen vereisen dat de coating in staat zijn om veel impact te weerstaan gedurende de levensduur van het apparaat, dit is met name van belang in kritische toepassingen, zoals halfgeleider micro-schakelaars en MEMS apparaten. Herhaalde invloed spanningen in een dunne film zal leiden tot vermoeidheid van het materiaal en aanzienlijke kraken en delaminatie. Siliciumnitride Coating Het materiaal getest is hier een Siliciumnitride (SIN) coating op een roestvrij stalen substraat dat geen residuele afdruk vertoont na een standaard quasi-statische indrukking tot een maximum toegepaste belasting van 5 mN met behulp van een Berkovich indringlichaam. Echter, als een last oscillatie stap wordt toegevoegd tijdens een pauze bij maximale belasting, kan de coating oververmoeid zijn, leidt tot aanzienlijke scheurvorming zoals weergegeven in figuur 1. In dit voorbeeld hebben de effecten zijn geproduceerd door het toevoegen van een belasting oscillatie stap van 11,7 mN tijdens de pauze bij maximale belasting van 5 mN. Diverse onafhankelijke testen werden uitgevoerd met een toenemend aantal van de effecten (1, 3, 5, 7, 10, 15, 20 en 30 cycli). De resterende afdruk werd in beeld gebracht na elke test met het oog op de lengte van de scheuren die voortvloeien uit elke hoek van de Berkovich indruk van het aantal uitgevoerde effecten correleren. Van de uitgeoefende belasting en de insprong crack grootte kan de breuktaaiheid (Kc) worden berekend.  Figuur 1. Optical microfoto van de afdrukken in een SiN-coating met de toenemende scheurlengte als functie van het aantal effecten. De geïnstrumenteerde inspringen techniek die gebruikt wordt door de Nano hardheidsmeter plots de indringdiepte van de indringlichaam als een functie van de uitgeoefende belasting over het gehele laden en lossen delen van de test. Fig. 2 toont de belasting en de indringdiepte uitgezet als functie van de tijd voor de 7 de gevolgen bij een maximale pauze belasting van 5 mN. De toename van de indringdiepte bij elk volgend effect is duidelijk zichtbaar. De toegepaste belasting trace (stippellijn) bevestigt dat de toegepaste stootbelasting is constant gehandhaafd op 11,7 mN over elke cyclus.  Figuur 2. Laden en indringdiepte versus tijd voor een inspringen test met zeven effecten. Fig. 3 vat de mediaan barst lengtes (zoals gemeten door optische microscopie) uitgezet als functie van het aantal effecten. Men kan zien dat de penetratie diepte dramatisch toeneemt tijdens het eerste effect (van 625nm op ongeveer 5 minuten tot 1115nm na de eerste impact).  Figuur 3. Crack lengte en indringdiepte versus het aantal van de effecten Latere microscopische observatie toont de resterende afdruk van de Berkovich tip in het materiaal, maar de scheur lengte lijken erg klein in dit stadium van het experiment. Verdere gevolgen vervolgens voor zorgen dat de scheur lengtes aanzienlijk te verhogen, terwijl de bijbehorende indringdiepte stijging is minder groot. Ten slotte, wanneer de Berkovich tip de ondergrond (na 20 botsingen in dit voorbeeld), de scheur lengte en indringdiepte bereikt beide lijken op een plateau dat is relatief vlak te bereiken. |