Módulo Young Carcaça-Independente de Medição de Sobretudos Duros para Media Magnéticos Usando um Indenter Nano

Pelo Feno de Jennifer e pelo Bryan Crawford

Índice

Vista Geral de Sobretudos Duros
O Modelo de Feno-Crawford
Método Experimental
Resultados e Discussão
Conclusões
Referências
Sobre Tecnologias de Agilent

Vista Geral de Sobretudos Duros

Em movimentações de disco rígido, a informação digital é armazenada e recuperada magnètica “por uma cabeça lida” que moscas sobre o disco dentro dos dez dos nanômetros de sua superfície. Figura 1 é uma fotografia de uma cabeça lida e de um disco rígido junto. Para proteger o material magnético em que a informação é armazenada, um sobretudo duro (que pode ser tão finamente quanto apenas alguns nanômetros) é aplicado à superfície. O sobretudo duro protege o material subjacente que actua por ambos como um lubrificante e uma barreira mecânica.

Figura 1. Interior de uma movimentação de disco rígido, Campo de Matt dos direitos reservados.

Os fabricantes do Disco Duro estão afiada interessados em medir as propriedades mecânicas de tais sobretudos a fim ganhar o conhecimento para a melhoria do produto; o recorte provido emergiu como a técnica da escolha para fazer estas medidas. Porque o revestimento é tão finamente, contudo, os resultados do recorte para o sobretudo são inevitàvel mais baixos do que os valores verdadeiros. Isto é, alguma da deformação do teste do recorte é acomodada pelo material sob o revestimento do interesse, que faz o revestimento parecer mais complacente do que é realmente.

Sem nenhuma correcção para a influência do material subjacente, um enfrenta um acordo entre a incerteza e o erro. Em deslocamentos muito pequenos, o erro devido à influência da carcaça pode ser pequeno, mas a incerteza é maior devido à aspereza de superfície, às variações da ponta, à vibração, às variações da temperatura, Etc. Enquanto a profundidade do recorte aumenta, a incerteza diminui, mas o erro devido à influência da carcaça aumenta. Assim, a finalidade deste trabalho era aplicar um modelo analítico à análise dos revestimentos duros testados pelo recorte provido a fim obter o módulo Young do filme apenas.

Tal modelo recentemente foi introduzido e verificado através da análise do finito-elemento [1]. Tornado por Tecnologias de Agilent, é referido como o modelo de “Feno-Crawford”.

O Modelo de Feno-Crawford

O modelo de Feno-Crawford fornece meios analíticos de esclarecer a influência da carcaça no módulo medido [1]. Aqui, nós resumiremos simplesmente seus detalhes apresentando as entradas e a saída do modelo.

Entradas ao modelo:

  • O módulo Young (carcaça-afetado) aparente como medido pelo método de Oliver-Pharr [2]
  • Espessura de Filme
  • A relação de Poisson do filme
  • Módulo Young da carcaça
  • A relação de Poisson da carcaça

A saída do modelo é o módulo Young carcaça-independente do filme. Note que embora as relações de Poisson do filme e da carcaça sejam ambas as entradas exigidas, a saída do modelo é um pouco insensível a estes parâmetros.

Neste trabalho, nós testamos e analisamos duas amostras fornecidas pela Tecnologia de Seagate, um fabricante principal de movimentações de disco rígido. As amostras foram produzidas com a finalidade de avaliar o modelo de Feno-Crawford para a influência da carcaça. Como tal, os revestimentos testados neste trabalho eram substancialmente mais grossos do que sobretudos para um disco rígido real. Também, os revestimentos foram depositados no silicone um pouco do que media magnéticos. Estas simplificações permitidas uma avaliação rigorosa do modelo porque (1) a influência da carcaça era ligeira em profundidades rasas e (2) as propriedades da carcaça eram conhecidas.

Método Experimental

Dois filmes (SiC) do silicone-carboneto no silicone foram testados; a espessura do primeiro filme era 150 nanômetro e a espessura do segundo filme era 300 nanômetro. Os filmes foram depositados Sic em carcaças de silicone principais usando um sistema industrial de PVD equipado com uma fonte planar do salpico do magnétron e um alvo puro do silicone-carboneto 99,99%. Para estas amostras, um valor de 170 GPa foi usado para o módulo Young da carcaça.

Os filmes foram testados Sic em um laboratório de Agilent com um Indenter Nano G200 de Agilent que utiliza a opção Contínua da Medida da Rigidez e um DCM dirige cabido com um indenter de Berkovich. Os Resultados foram conseguidos usando a Medida Contínua da Rigidez G-Séries DCM do método do teste de Agilent NanoSuite das “para Filmes Finos”. Este método do teste executa o modelo de Feno-Crawford para conseguir medidas carcaça-independentes do módulo Young.

Deve-se notar que este método não corrige medidas da dureza para a influência da carcaça. Contudo, as medidas da dureza são geralmente menos sensíveis à influência da carcaça porque a extensão do campo plástico é muito menor do que a extensão do campo elástico. Mesmo quando há uma diferença substancial entre a dureza do filme e a dureza da carcaça, a dureza medida em 20% da espessura de filme manifesta geralmente a influência insignificante da carcaça.

Os Indenters Nano de Agilent foram a escolha da indústria para o teste de fita fina precisamente devido à opção Contínua da Medida da Rigidez de Agilent, que mede a rigidez elástica do contacto (s) dinâmicamente. Com a opção Contínua da Medida da Rigidez, cada teste do recorte retorna perfis de profundidade completos do módulo Young e da dureza. Usando esta opção, dez testes foram executados em cada amostra. A Carga foi controlada tais que a taxa de carregamento dividida pela carga (P' /P) permaneceu constante em 0.05/sec; a carga foi terminada em uma profundidade de penetração de 200 nanômetro ou maior. A freqüência da excitação era 75 Hertz e a amplitude da excitação foi controlada tais que a amplitude do deslocamento permaneceu constante em 1 nanômetro.

Resultados e Discussão

Os Resultados são resumidos na Figura 2 mostras da Tabela 1. a progressão da análise elástica para as duas amostras.

Sumário da Tabela 1. de resultados experimentais para Sic revestimentos no silicone. O módulo Young verdadeiro do filme (e)f é aproximadamente 25% mais alto do que o módulo Young aparente (e)a quando a profundidade do recorte é 20% da espessura de filme.

Figura 2. seqüência Analítica para as duas amostras Sic sobre de módulo aparente da exibição do Si (a) (carcaça afetada) em função da penetração do indenter, (b) módulo aparente e módulo do filme em função de penetração normalizada do indenter, e (c) valores em 20% da espessura de filme. Note que em (a) e em (b), o traço para cada amostra representa a média de todos os testes nessa amostra. Para maior clareza, as barras de erro que medem um desvio padrão são mostradas somente na carta de barra (c).

A Figura 2a mostra o módulo Young aparente conseguido pela análise padrão em função da profundidade do recorte. Como esperado, o módulo Young para a amostra mais fina deteriora mais rapidamente em função da profundidade. Figura mostras de 2b o módulo Young aparente (símbolos contínuos) e o módulo Young do filme apenas (símbolos abertos) traçado em função de profundidade normalizada do recorte.

O facto de que as duas amostras olham exactamente o mesmos quando traçadas esta maneira diz-nos que a influência da carcaça depende fortemente de profundidade normalizada do recorte. O módulo do filme calculado de acordo com o modelo de Feno-Crawford é constante para fora a mais de 30% da espessura de filme. Finalmente, a Figura 2c mostra os módulos medidos em 20% da espessura de filme com as barras de erro que medem um desvio padrão. Nesta profundidade normalizada, o módulo do filme é aproximadamente 25% mais alto do que o módulo aparente.

Embora estes filmes sejam sobretudos reais relativos a grossos do disco rígido, não são tão grossos a respeito de anulam a utilidade do modelo de Feno-Crawford. Isto é, não há uma profundidade suficientemente rasa do recorte para que os resultados combinam aqueles retornados pelo modelo de Feno-Crawford em 20% da espessura de filme. De facto, dentro dos 5 superiores nanômetro, estes filmes manifestam um módulo Young significativamente mais baixo. Em conseqüência, o módulo aparente nunca consegue o valor retornado pelo modelo de Feno-Crawford em 20% da espessura de filme. Para o filme o mais fino, o valor máximo de um módulo Young aparente de 249 GPa ocorre em uma profundidade de penetração de somente 9,8 nanômetro, visto que o modelo de Feno-Crawford retorna um módulo Young de 284 GPa em uma profundidade de penetração de 30 nanômetro.

Mesmo se estes filmes eram directos perfeitamente uniforme sua espessura, aumento do erro e da incerteza com a profundidade de diminuição do recorte devido aos efeitos combinados da aspereza de superfície, anomalias da ponta, ruído ambiental, Confiança Etc. e aumento da repetibilidade com profundidade do recorte. Posto simplesmente, é melhor medir propriedades em 30 nanômetro do que em 10 nanômetro. O modelo de Feno-Crawford aumenta as profundidades em que as medidas carcaça-independentes do módulo Young podem ser feitas, assim diminuir erro e incerteza.

Figura 3 resultados das mostras para a dureza. Estes resultados não foram ajustados para a influência da carcaça, mas como esperado, nenhum ajuste é necessário. A dureza alcança seu platô aproximadamente 20% da espessura de filme.

Figura 3. seqüência Analítica para as duas amostras Sic sobre de dureza da exibição do Si (a) em função da penetração do indenter, (b) dureza em função de penetração normalizada do indenter, e (c) valores em 20% da espessura de filme. Nestes resultados, a influência da carcaça não foi esclarecida, mas tal contabilidade parece desnecessária porque a dureza alcança seu platô aproximadamente 20% da espessura de filme. Note que em (a) e em (b), o traço para cada amostra representa a média de todos os testes nessa amostra. Para maior clareza, as barras de erro que medem um desvio padrão são mostradas somente na carta de barra (c).

Para materiais duros, é importante recordar que a dureza está definida como a pressão média do contacto, ou carga dividida pela área de contacto sob a carga: H = pm = P/A. Quando o contacto é substancialmente elástico, o modelo Hertzian do contacto diz-nos que a pressão média (p)m vai como a raiz quadrada do deslocamento. Conseqüentemente, nós não devemos ser surpreendidos que a dureza medida (qual nós definimos enquanto p)m vai a zero enquanto o deslocamento vai a zero. Isto significa simplesmente que nestes deslocamentos pequenos, o contacto é substancialmente elástico e assim que a “dureza relatada” tem pouco a fazer com as propriedades plásticas do filme.

Conclusões

O Indenter Nano G200 de Agilent com uma cabeça de DCM é a escolha da indústria para estas medidas devido a suas elevada precisão, velocidade, e acessibilidade, assim como devido a sua opção Contínua da Medida da Rigidez, que entrega propriedades como uma função contínua da profundidade de penetração. Neste trabalho, o software do Explorador de Agilent NanoSuite foi usado para executar um modelo analítico que esclarecesse a influência da carcaça na medida do módulo Young. Os métodos do Teste com esta análise estão agora disponíveis aos clientes com software do Profissional de Agilent NanoSuite.

Ter um modelo que esclareça a influência da carcaça no módulo Young tem recursos para diversas vantagens práticas:

  • Os módulos Relatados são para o filme apenas
  • Menos influência do usuário porque a escala da profundidade para módulos calculadores não tem que ser seleccionada “pelo olho”
  • Menos incerteza porque os resultados são obtidos em umas profundidades de penetração mais profundas

As Medidas da dureza não foram ajustadas para a influência da carcaça, mas nenhum tal ajuste era necessário; para estas amostras, a dureza alcança seu platô aproximadamente 20% da espessura de filme. Isto é como esperado porque a extensão do campo plástico é menor do que a extensão do campo elástico. Assim, quando os materiais similares de teste com um método do teste que execute o modelo de Feno-Crawford, o módulo Young e dureza deverem ser obtidos em uma profundidade do recorte que seja 20% da espessura de filme.

Referências

[1] J.L. Feno, “Um modelo novo para medir o módulo Young carcaça-independente de filmes finos pelo recorte provido,” nota de aplicação das Tecnologias de Agilent (2010).

[2] W.C. Oliver e G.M. Pharr, “Uma técnica melhorada para determinar o módulo do dureza e o elástico usando a carga e deslocamento que detecta experiências do recorte,” J. Mater. Res. 7(6): 1564-1583 (1992).

[3] J.L. Feno, “Introdução ao teste provido do recorte,” Técnicas Experimentais 33(6): 66-72 (2009).

[4] J.L. Feno, P. Agee, e POR EXEMPLO Herbert, “medida Contínua da rigidez durante o teste provido do recorte,” Técnicas Experimentais 34(3): 86-94 (2010).

[5] H. Gao, C. - H. Chiu, e J. Lee, “contacto Elástico contra a modelagem do recorte de materiais multi-mergulhados,” Int. J. Os Sólidos Estruturam 29:2471-2492 (1992).

Sobre Tecnologias de Agilent

Os instrumentos da nanotecnologia das Tecnologias de Agilent deixam-no imagem, manipulam-nos, e caracterizam-nos uma grande variedade de nanoscale comportamento-elétrica, química, biológica, molecular, e atômica. Nossa coleção crescente de instrumentos, de acessórios, de software, de serviços e de materiais de consumo da nanotecnologia pode revelar indícios que você precisa de compreender o mundo do nanoscale.

As Tecnologias de Agilent oferecem uma vasta gama de microscópios atômicos da força da elevada precisão (AFM) encontrar suas necessidades originais da pesquisa. Os instrumentos altamente configuráveis de Agilent permitem que você expanda as capacidades de sistema enquanto suas necessidades ocorrem. Os sistemas ambientais líder de mercado da temperatura de Agilent e a manipulação fluida permitem o líquido superior e a imagem lactente macia dos materiais. As Aplicações incluem a ciência material, a electroquímica, o polímero e as aplicações da ciência da vida.

Source: Tecnologias de Agilent

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Date Added: Apr 28, 2011 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 14. June 2013 07:14

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