מדידה של פליטה אקוסטית במהלך Microindentation באמצעות בודק Microindentation (MHT) ממכשירים CSM

:: AZoNanotechnology סעיף

נושאים שידונו

הקדמה
מהי פליטה אקוסטית
היתרונות של רכישת אות אקוסטי במהלך Microindentation
מסקנה

הקדמה

הנפוץ ביותר microindentation מדידות במערכות הסרט הן בתפזורת דק להתמקד בקביעת קשיות מודולוס אלסטיות של החומר. עם זאת, במערכות חומר רבים, שיבושים במערכת היחסים עומס עומק לעתים קרובות ניתן לצפות, בעיקר חומרים שבהם כשל הסרט, delamination, תנועה פריקה או לשנות פאזה יכול להתרחש. אפיון של תופעות פיסיקליות מסוימות באמצעות פליטה אקוסטית יכול לספק מדידה מדויקת ב-situ גודל וגם סוג האירוע.

מחקרים קודמים על התנהגות פליטה אקוסטית במהלך הכניסה של מגוון חומרים הראו כי המהירות שבה מתרחש אירוע יכול להיות מתואם לסוג האירוע שהוביל לשחרור אקוסטי של אנרגיה. מאז microindentation גורם דיסקרטית, אירועים נקודתיים, היכולת לזהות כל אירוע פיזי לקשר אותם להתנהגות האקוסטי מאפשר השוואה ישירה בין האירוע לבין חתימה יחיד פליטה אקוסטית.

מהי פליטה אקוסטית

פליטה אקוסטית היא שחרור פתאומי של אנרגיה אלסטית לתוך גלים אקוסטיים כי נסיעה דרך החומר. באופן מסורתי, גלים כאלה שהופרדו לשני סוגים של התנהגות: פליטה פרץ ואת פליטת רציפה. פליטה פרץ הוא מנה בדידה של גלי הקשורים לאירוע בודד, ואילו פליטת רציפה נוטה להיות הצטברות של אירועים רבים interlinked קטן. Tester מכשירים CSM Microindentation (MHT) משלבת חיישן פליטה אקוסטית ההפעלה בתדירות של מעל 150 kHz טווח דינמי של dB 65 עם הגברה של עד 200,000 x. תגובה כזו דינמי רחב מאפשר חיישן לפתור אירועים אקוסטי בהנדסת חומרים ביותר כאשר נתון הכניסה instrumented על פני טווח העומס להחיל .01-30 נ החיישן מותקן ישירות על הדיור indenter כדי למזער הפסדים האות שלו הוא רכש בו זמנית עם העומס ועומק אותות לתת תמונה מלאה של האירוע שבר דחיסה.

היתרונות של רכישת אות אקוסטי במהלך Microindentation

אחד היתרונות ברורים של רכישת אות אקוסטי במהלך microindentation היא בכך שהוא מספק אינדיקציה כאשר האירוע אקוסטי בעצם מתרחשת במהלך הניסוי. איור. 1 מציג מגוון רחב של דוגמאות חתימה אקוסטית עבור microindentations שנעשו על פרוסות סיליקון Si עם indenter ויקרס. בכל מקרה, שבר פריך (פיצוח) אירעה במהלך החלק טעינה בלבד. זו אבחנה מעניינת, כי פיצוח לפעמים יכול להתרחש גם במהלך שלב הפריקה של חומרים מסוימים. בשנת בשמונה הדוגמאות, העומס המרבי (15 N) נשמר בכל מקרה, אך קצב הטעינה כבר מגוונים מעל טווח 1-250 N / min. כדי לחקור את ההשפעה של קצב העמסה על חומרת פיצוח.

באיור 1. אופיינית חתימות פליטה אקוסטית עבור microindentations עשוי על פרוסות סיליקון Si עם עומס של 15 להחיל שיעורי נ טוען של 1, 10, 20, 40, 100, 150, 200 ו - 250 N / min. מוצגים.

אפשר בבירור לראות כי קצב הטעינה המהירה תוצאות פיצוח החמורה, ציין הן מרמת האות אקוסטי מיקרוסקופיה אופטית הבאות של הכניסה שיורית. דוגמה multicycle עומס פרוגרסיבי על פרוסות סיליקון Si מוצג באיור. 2. זו מאשרת פיצוח המתרחשת רק במהלך חלק הטעינה למרות שהחומר הוא להיות עייף בהדרגה על ידי הגדלת העומס מיושם באמצעות חמישה שלבים. שבר פריך בחומרים הוא בדרך כלל משמעותי יותר כאשר עומס מוחל בהדרגה מאשר אם מחזור אחד עומס לפרוק (כדי לטעון את מרבית זהה) יושמה.

איור 2. עומס multicycle מתקדמת (5 מחזורים על פני טווח 1-10 N) עם indenter ויקרס על פרוסות סיליקון Si. אות אקוסטי מאשרת פיצוח במהלך חלק הטעינה של כל מחזור.

הסיבה לכך היא יותר אנרגיה מתועלים לתוך החומר במקרה לשעבר. במקרים מסוימים, את פרצי אקוסטי הבאים יכול להיות חזק יותר פרץ המקורי, ואת הזמן בין התפרצויות היא הרבה יותר גדולה מאשר הזמן שבו גל קול יכול לנוע על פני המדגם. זה מוביל למסקנה כי אירועים רבים נצפו הן לא רק השתקפויות של גלים אקוסטיים, אבל הם אירועים בודדים. ראוי גם לזכור כי רק חלק קטן של האנרגיה האקוסטית הוא נטל על ידי גלאי, ורק חלק קטן מהאנרגיה אלסטי שוחרר מומרת לאנרגיה אקוסטית. למרות האות מוגבל על ידי רוחב הפס של החיישן נעשה שימוש, את היכולת להגיע מדידה semiquantitative כוח האירוע עושה את זה שיטה מושכת ניתוח.

איור 3 מראה את החתימה אקוסטי עבור microindentation על סרט טיטניום Nitride דקה של 3 מיקרומטר עובי. שוב, האירועים אקוסטי העיקריים הם נצפו בשלב ההעמסה פיצוח המקביל הוא ציין סביב חותם שיורית. במקרה של ציפוי, אות אקוסטי יכול לתת אינדיקציה של חוזק הקשר בין הציפוי ואת המצע: אם ציפוי מלוכדות היטב, ואז אנרגיה קטן עשוי להשתחרר במהלך delamination.

איור 3. חתימה אקוסטית עבור microindentation עם עומס של 10 N להחיל על Nitride טיטניום (פח) ציפוי (3 מיקרומטר עובי) על מצע פלדה.

מאז אנרגיה אלסטית שפורסמו במהלך ציפוי delamination ניתן למדוד כמותית (מתוך עקומת עומס עומק) זה יכול להיות אפשרי לכייל את תפוקת האנרגיה של חיישן נתון לאנרגיה אלסטית שוחרר.

מסקנה

בכל מקרה, מדידת פליטה אקוסטית מראה הבטחה גדולה עבור חושף את הקשר בין תופעות פיסיקליות לבין האות המקבילה פליטה אקוסטית. יכולת מדידה כזו תוכל לשפוך קצת אור על גודל של אירוע כשל פריך, כמו גם את הרגע המדויק שבו הוא יזם.

מקור: מכשירים CSM

לקבלת מידע נוסף על מקור זה בקר מכשירים CSM