Mätning av akustisk emission under mikrointryckt med The mikrointryckt Tester (MHT) från CSM Instrument

:: AZoNanotechnology Artikel

Ämnen som tas upp

Inledning
Vad är akustisk emission
Fördelar med Förvärva ljudsignal Under mikrointryckt
Slutsats

Inledning

Vanligaste mikrointryckt mätningar i både bulk och tunn film system fokuserar på bestämning av hårdhet och elasticitetsmodul av materialet. Men i många material system kan diskontinuiteter i belastningen fördjupade relationen ofta iakttas, särskilt i material där filmen misslyckande, delaminering, kan störningen rörelse eller fas förändring har inträffat. Karaktärisering av vissa fysikaliska fenomen med hjälp av akustisk emission kan ge en korrekt in-situ mätning av både omfattningen och typ av händelse.

Tidigare studier på akustisk emission beteende under indrag av olika material har visat att den hastighet med vilken en händelse inträffar kan korreleras till den typ av händelse som ledde till den akustiska versionen av energi. Sedan mikrointryckt orsakar diskreta, lokala händelser, ger möjlighet att identifiera varje fysisk händelse och korrelera dem till de akustiska beteende en direkt jämförelse mellan händelsen och de enskilda akustisk emission signatur.

Vad är akustisk emission

Akustisk emission är den plötsliga utsläpp av elastisk energi till akustiska vågor som färdas genom materialet. Traditionellt har sådana vågor delats upp i två typer av beteende: burst utsläpp och kontinuerlig utsläpp. En brusten utsläpp är ett diskret paket av vågor i samband med en enskild händelse, medan kontinuerlig utsläpp tenderar att vara en samling av många små sammanlänkade händelser. Domarkårens Instruments mikrointryckt Tester (MHT) innehåller en akustisk emission sensor arbetar med en frekvens på 150 kHz över ett dynamiskt omfång på 65 dB förstärkning upp till 200.000 x. En sådan bred dynamisk respons gör att sensorn för att lösa akustiska händelser i de flesta konstruktionsmaterial när de utsätts för instrumenterad indentering över tillämpade lastområde från 0,01 till 30 N. Sensorn är monterad direkt på diamanten huset för att minimera förluster och dess signal förvärvas samtidigt med belastningen och djup signaler för att ge en komplett bild av en tryckspänning fraktur händelse.

Fördelar med Förvärva ljudsignal Under mikrointryckt

En av de distinkta fördelar att förvärva den akustiska signalen under mikrointryckt är att det ger en indikation om när den akustiska händelsen faktiskt inträffar under experimentet. Fig.. 1 visar en rad exempel på akustiska signaturer för microindentations göras på en Si wafer med en Vickers diamanten. I varje fall har sprödbrott (sprickbildning) inträffade under lastning delen bara. Detta är en intressant iakttagelse eftersom sprickor kan ibland också förekomma vid lossning fasen i vissa material. I dessa åtta exemplen har maximal belastning (15 N) behållits i varje enskilt fall, men Fisktätheten har varierat över intervallet 1 - 250 N / min. För att undersöka hur fisktäthet på hur allvarlig sprickbildning.

Figur 1. Typiska akustisk emission signaturer för microindentations göras på en Si wafer med tillämpad belastning på 15 N. Laddar satser om 1, 10, 20, 40, 100, 150, 200 och 250 N / min. visas.

Man kan tydligt se att den snabbaste fisktäthet resultat i de svåraste sprickbildning, konstaterade både från nivån av den akustiska signalen och därefter optisk mikroskopi av återstående indraget. Ett exempel på en progressiv belastning mångcykliska på en Si wafer visas i figur. 2. Detta bekräftar att sprickbildning uppstår bara under lastning delen trots att materialet successivt trött genom att öka den pålagda lasten genom fem steg. Fraktur i spröda material är oftast större betydelse när belastningen successivt används än om en enda last-lasta cykeln (till samma maxlast) använts.

Figur 2. Progressiv belastning mångcykliska (5 cykler under intervallet 1 - 10 N) med en Vickers diamanten på en Si wafer. Akustisk signal bekräftar sprickbildning vid lastning del av varje cykel.

Detta beror på att mer energi kanaliseras in i materialet i det tidigare fallet. I vissa fall kan den efterföljande akustiska spricker vara starkare än den ursprungliga brast, och tiden mellan skurar är mycket större än den tid som en ljudvåg kan resa inom provet. Detta leder till slutsatsen att flera observerade händelserna inte bara reflektioner av akustiska vågor, men är enskilda händelser. Man bör också komma ihåg att endast en bråkdel av akustisk energi fångas upp av detektorn, och bara en bråkdel av den frigjorda elastiska energin omvandlas till akustisk energi. Även om signalen är begränsat av bandbredden hos den använda sensorn, gör möjligheten att komma fram till en semikvantitativ mätning av händelse styrka det en tilltalande analysmetod.

Figur 3 visar den akustiska signaturen för en mikrointryckt på en Titannitrid tunn film av tjocklek 3 mikrometer. Återigen är de viktigaste akustiska händelser som observerades under laddningsfasen och motsvarande sprickbildning observeras runt kvarvarande avtryck. Vid en beläggning, kan den akustiska signalen ger en indikation på bindningsstyrka mellan beläggning och substrat: om beläggningen är dåligt bundna, så lite energi kan frigöras vid delaminering.

Figur 3. Akustisk signatur för en mikrointryckt med tillämpad belastning på 10 N på en Titannitrid (TiN) beläggning (tjocklek 3 mikrometer) på stålytor.

Eftersom den elastiska energi som frigörs under beläggningen delaminering kan mätas kvantitativt (från lasten fördjupade kurva) kan det vara möjligt att kalibrera energi som produceras av en viss sensor till den elastiska frigjorda energin.

Slutsats

I varje fall visar akustisk mätning av utsläpp stort löfte för att avslöja relationen mellan fysikaliska fenomen och motsvarande akustisk emission signal. Sådan mätning kapacitet kommer att kunna belysa omfattningen av ett sprött brott händelse samt den exakta tidpunkt då det inleddes.

Källa: CSM Instrument

För mer information om denna källa besök CSM Instrument