Misura di emissione acustica durante micropenetrazione utilizzando La Tester micropenetrazione (MHT) dal CSM Instruments

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Argomenti trattati

Introduzione
Che cosa è Emissione acustica
I vantaggi di acquisizione del segnale acustico durante micropenetrazione
Conclusione

Introduzione

La maggior parte dei comuni micropenetrazione misurazioni in sistemi di pellicola sia grosso e sottile attenzione sulla determinazione della durezza e modulo elastico del materiale. Tuttavia, in molti sistemi materiali, discontinuità nel carico-profondità di rapporto possono spesso essere osservati, soprattutto nei materiali in cui un guasto film, delaminazione, movimento di lussazione o cambiamento di fase può essere verificato. Caratterizzazione di certi fenomeni fisici tramite emissione acustica in grado di fornire un'accurata misurazione in situ sia la grandezza e il tipo di evento.

Precedenti studi sul comportamento delle emissioni acustiche durante il rientro di una varietà di materiali hanno dimostrato che la velocità con cui si verifica un evento può essere correlata al tipo di evento che ha portato alla liberazione di energia acustica. Dal micropenetrazione cause discreto, eventi localizzati, la capacità di identificare ogni evento fisico e correlarle al comportamento acustico consente un confronto diretto tra l'evento e l'individuo firma di emissione acustica.

Che cosa è Emissione acustica

Emissione acustica è il rilascio improvviso di energia elastica in onde acustiche che viaggiano attraverso il materiale. Tradizionalmente, queste onde sono state suddivise in due tipi di comportamento: emissione di scoppio e di emissione continuo. Una raffica di emissioni è un discreto pacchetto di onde associate a un singolo evento, mentre emissione continua tende ad essere un agglomerato di tanti piccoli eventi interconnessi. micropenetrazione Il CSM Instruments Tester (MHT) incorpora un sensore acustico di emissioni di funzionamento con una frequenza di 150 kHz oltre una gamma dinamica di 65 dB con amplificazione fino a 200.000 x. Tale ampia risposta dinamica permette al sensore di risolvere eventi acustici in ingegneria dei materiali più se sottoposti a indentazione strumentata su tutta la gamma carico applicato ,01-30 N. Il sensore è montato direttamente sul corpo penetratore per minimizzare le perdite e il suo segnale è acquisito in contemporanea con il carico e la profondità dei segnali per dare un quadro completo di un evento di rottura a compressione.

I vantaggi di acquisizione del segnale acustico durante micropenetrazione

Uno dei vantaggi di acquisire il segnale acustico durante micropenetrazione è che fornisce un'indicazione di quando l'evento si verifica effettivamente acustico durante l'esperimento. Fig. 1 mostra una serie di esempi di segnatura acustica per microindentations fatto su un wafer di silicio con un penetratore Vickers. In ogni caso, frattura fragile (cracking), si è verificato durante la fase di caricamento solo. Questa è un'osservazione interessante, poiché craccare a volte può verificarsi anche durante la fase di scarico di alcuni materiali. In questi otto esempi, il carico massimo (15 N) è stata mantenuta in ogni caso, ma il tasso di carico è stata variata nel range 1-250 N / min. al fine di studiare l'influenza della velocità di caricamento della gravità del cracking.

Figura 1. Tipico firme emissione acustica per microindentations fatto su un wafer di silicio con carico applicato di 15 Regimi di carico N. 1, 10, 20, 40, 100, 150, 200 e 250 N / min. sono mostrati.

Si può chiaramente vedere che i risultati di caricamento più veloce tasso più severe cracking, osservata sia dal livello del segnale acustico e la successiva microscopia ottica del rientro residuo. Un esempio di multi-ciclo di carico progressivo su un wafer di silicio è mostrato in fig. 2. Ciò conferma che la rottura si verifica solo durante la fase di carico, anche se il materiale viene progressivamente affaticato aumentando il carico applicato attraverso cinque fasi. Frattura in materiali fragili di solito è più significativo quando il carico è progressivamente applicato che se un singolo ciclo di carico-scarico (per il carico massimo uguale) è stato applicato.

Figura 2. Carico multi-ciclo progressiva (5 cicli di oltre compreso tra 1 - 10 N) con un penetratore Vickers su un wafer di silicio. Segnale acustico conferma rottura durante la fase di caricamento di ogni ciclo.

Questo perché più energia viene incanalata nel materiale nel primo caso. In alcuni casi, le esplosioni successive acustico può essere più forte lo scoppio originale, e il tempo tra scoppia è molto più grande rispetto al tempo in cui un'onda sonora può viaggiare in tutto il campione. Ciò porta alla conclusione che gli eventi più osservati non sono semplicemente riflessioni delle onde acustiche, ma sono i singoli eventi. Va inoltre ricordato che solo una frazione dell'energia acustica viene raccolto dalla sonda, e solo una frazione dell'energia rilasciata elastica viene convertita in energia acustica. Anche se il segnale è limitata dalla larghezza di banda del sensore utilizzato, la capacità di arrivare ad una misurazione semiquantitativa di forza dell'evento rende un metodo interessante di analisi.

La figura 3 mostra la firma acustica per un micropenetrazione su un film sottile di nitruro di titanio spessore 3 micron. Anche in questo caso, gli eventi acustici principali osservati durante la fase di carico e screpolature corrispondente si osserva intorno l'impronta residua. Nel caso di un rivestimento, il segnale acustico può dare un'indicazione della forza di legame tra il rivestimento e il substrato: se il rivestimento è scarsamente legato, poi poca energia possono essere rilasciati durante delaminazione.

Figura 3. Segnatura acustica per un micropenetrazione con carico applicato di 10 N su un Nitruro di Titanio (TiN) rivestimento (spessore 3 micron) su un substrato di acciaio.

Dal momento che l'energia elastica rilasciata durante rivestimento delaminazione può essere misurato quantitativamente (dalla curva di carico-profondità) potrebbe essere possibile calibrare la produzione di energia di un sensore dato l'energia elastica rilasciata.

Conclusione

In ogni caso, la misurazione di emissioni acustiche mostra una grande promessa per rivelare la relazione tra fenomeni fisici e il corrispondente segnale di emissione acustica. Capacità di misura quali saranno in grado di far luce sulla grandezza di un evento di rottura fragile come pure il momento preciso in cui è stato avviato.

Fonte: CSM Instruments

Per ulteriori informazioni su questa fonte si prega di visitare CSM Instruments