困难大衣的评定的基体独立年轻的模数磁介质的使用纳诺受托代购商

詹尼弗干草和布赖恩克劳福德

目录

困难大衣概览
干草克劳福德设计
实验法
结果和论述
结论
参考
关于 Agilent 技术

困难大衣概览

在硬盘驱动器, “读头”磁性存储数字信息并且检索在盘的苍蝇在十倍毫微米内其表面。 图 1 一起是一个读头和硬盘的照片。 要保护信息被存储的磁性材料,可能一样稀薄是象一些毫微米) 的一件困难大衣 (被应用于表面。 困难大衣由作为两个保护基础材料润滑剂和一个机械障碍的。

一个硬盘驱动器的图 1. 内部,版权马特域。

光盘制造商是敏锐地对评定机械性能感兴趣的这样大衣为了获取产品改善的知识; 被导航的凹进涌现了作为选择技术的做这些评定。 由于涂层那么稀薄是,然而,大衣的凹进结果低于真实值不可避免地。 即某些从凹进测试的变形由在涂层的材料适应利益下,比它实际上做涂层看上去兼容。

没有基础材料的影响的任何更正,一个面对在不确定性和错误之间的妥协。 在非常小的位移,这个错误由于基体影响也许是小的,但是不确定性更加极大归结于地面粗糙度、技巧差异、振动、温度差异等等。 当凹进深度增加,不确定性减少,但是这个错误由于基体影响增加。 因此,此工作的目的将运用一个分析模型于被导航的凹进测试的对困难涂层的分析为了获得单独这部影片的年轻的模数。

这样设计通过有限要素分析 [1] 最近被引入并且被验证了。 开发由 Agilent 技术,它被称为 “干草克劳福德”设计。

干草克劳福德设计

干草克劳福德设计为对被评定的模数 [1 的] 基体影响提供会计科目分析平均值。 这里,我们将通过存在这个设计的输入和输出总结其详细资料。

对设计的输入:

  • 明显的 (基体受影响的) 年轻的模数如评定用奥利佛史东Pharr 方法 [2]
  • 胶片厚度
  • 影片的泊松的比例
  • 基体的年轻的模数
  • 基体的泊松的比例

这个设计的输出是这部影片的基体独立年轻的模数。 注意,虽然这部影片和这个基体的泊松的比例是两必需的输入,这个设计的输出是相当不区分的对这些参数。

在此工作,我们测试了并且分析了希捷技术提供的二个范例,硬盘驱动器一个主要制造商。 范例为评估基体影响的干草克劳福德设计的目的被生产了。 同样地,在此工作测试的涂层比一个实际硬盘的大衣充分地厚实。 并且,涂层在硅存款而不是磁介质。 这个设计的一个严谨评估允许的这些简单化,因为 (1) 基体影响是轻微的在浅深度和 (2) 基体属性是著名的。

实验法

在硅的 (SiC)二部硅碳化物影片被测试了; 第一部影片的厚度是 150 毫微米,并且第二部影片的厚度是 300 毫微米。 SiC 影片存款在头等硅体上使用一个行业 PVD 系统装备一根平面磁控管飞溅来源和 99.99% 纯硅碳化物目标。 对于这些范例,值为 170 GPa 为这个基体的年轻的模数使用了。

SiC 影片在有使用持续僵硬评定选项的 Agilent 纳诺受托代购商的 G200 一个 Agilent 实验室被测试了,并且 DCM 朝向符合 Berkovich 受托代购商。 结果取得了使用薄膜的 Agilent NanoSuite 测试方法 “G 串联 DCM 持续僵硬评定”。 此测试方法实施干草克劳福德设计达到年轻的模数的基体独立评定。

值得注意的是,此方法不更正坚硬的评定基体影响的。 然而,坚硬评定对基体影响一般是较不敏感的,因为塑料域的区域小于有弹性域的区域。 既使当有在影片坚硬和基体坚硬之间的一个大量的区别,坚硬被评定在 20% 胶片厚度通常表明微不足道的基体影响。

由于 Agilent 的持续僵硬评定选项, Agilent 纳诺受托代购商是薄膜准确测试的行业选择,动态地评定有弹性联络僵硬 (S)。 使用持续僵硬评定选项,每个凹进测试返回年轻的模数和坚硬完全深度剖面。 使用此选项,十个测试在每个范例执行。 装载被控制了这样负荷分开的贷款利率 (P’ /P) 依然是恒定在 0.05/sec; 装载被终止了在有效肤深的 200 毫微米或更加极大。 励磁频率是 75 Hz,并且励磁高度被控制了这样位移高度依然是恒定在 1 毫微米。

结果和论述

结果在表 1. 表 2 显示被总结有弹性分析级数二个范例的。

实验结果表 1. 汇总 SiC 涂层的在硅。 当凹进深度是 20% 胶片厚度时,这部影片 (e) 的真的年轻的模数a高于这个明显的年轻的模数 (e) 约为 25%。

在 Si 陈列 (a) 明显的 (受影响的基体) 模数的图 2. 分析顺序 SiC 二个范例的作为受托代购商渗透功能, (b) 明显的模数和影片模数作为正常化的受托代购商渗透功能和 (c) 值在 20% 胶片厚度。 注意在 (a) 和 (b),每个范例的跟踪表示平均数对该范例的所有测试。 为了清晰,跨过一标准偏差的误差棒在条形图 (c) 仅显示。

图 2a 显示标准分析达到的这个明显的年轻的模数作为凹进深度功能。 正如所料,作为深度功能,这个更加稀薄的范例的年轻的模数快速地腐朽。 图 2b 显示明显的年轻的模数 (固定的符号) 和单独影片的年轻的模数 (开放符号) 被密谋作为正常化的凹进深度功能。

这个情况二个范例查找同一,当密谋此方式告诉我们基体影响严格取决于正常化的凹进深度。 根据干草克劳福德设计被计算的影片模数是恒定的对超过 30% 胶片厚度。 终于,图 2c 显示模数被评定在 20% 与跨过一标准偏差的误差棒的胶片厚度。 在此正常化的深度,影片模数高于这个明显的模数约为 25%。

虽然这些影片是厚实的相对实际硬盘大衣,他们不是那么厚实的至于使干草克劳福德设计的有用性无效。 即没有结果符合干草克劳福德设计返回的那些在 20% 胶片厚度的充分地浅凹进深度。 实际上,在名列前茅 5 毫微米内,这些影片表明一个显着更低的年轻的模数。 结果,这个明显的模数从未达到干草克劳福德设计返回的这个值在 20% 胶片厚度。 对薄膜,明显的年轻的模数最大值的 249 GPa 只发生在有效肤深的 9.8 毫微米,而干草克劳福德设计返回一个年轻的模数的 284 GPa 在有效肤深的 30 毫微米。

即使这些影片完全统一通过他们的厚度、错误和不确定性增量与越来越少的凹进深度由于地面粗糙度的联合作用,技巧反常现象、环境噪声、等等可靠性和反复性增量与凹进深度。 放置,评定属性在 30 毫微米比在 10 毫微米最好的。 干草克劳福德设计增加年轻的模数基体独立评定可以做的深度,因而越来越少的错误和不确定性。

图 3 坚硬的显示结果。 这些结果未为基体影响被调整,但是正如所料,调整不是必要的。 坚硬到达其高原在大约 20% 胶片厚度。

在 Si 陈列 (a) 坚硬的图 3. 分析顺序 SiC 二个范例的作为受托代购商渗透功能, (b) 坚硬作为正常化的受托代购商渗透功能和 (c) 值在 20% 胶片厚度。 在这些结果,基体影响未占,但是这样会计科目似乎多余,因为坚硬到达其高原在大约 20% 胶片厚度。 注意在 (a) 和 (b),每个范例的跟踪表示平均数对该范例的所有测试。 为了清晰,跨过一标准偏差的误差棒在条形图 (c) 仅显示。

对于困难材料,记得是重要的坚硬被定义,联络的平均在负荷下的联系范围分开的压或者负荷: H = pm = P/A。 当联络是充分地有弹性的时,赫兹波的联络设计告诉我们平均压 (p)m 去作为位移方根。 所以,不应该惊奇我们被评定的坚硬 (哪些我们定义了,当 p)m 去到零,当这个位移去到零。 这意味着在这些小的位移,联络是充分地有弹性的和,因此报告的 “坚硬”有一点执行与这部影片的塑料属性。

结论

由于其高精度、速度和易用,由于其持续僵硬评定选项,与 DCM 题头的 Agilent 纳诺受托代购商 G200 是这些评定的行业选择,以及,提供属性作为有效肤深的一个连续函数。 在此工作, Agilent NanoSuite 探险家软件用于实施占对年轻的模数的评定的基体影响的一个分析模型。 与此分析的测试方法现在供给有 Agilent NanoSuite 专业人员软件的客户。

有占对年轻的模数的基体影响的设计提供几个实用的好处:

  • 报告的模数是为单独这部影片
  • 较少用户影响,因为计算的模数的深度范围不必须 “由眼睛”选择
  • 较少不确定性,因为结果得到在更加深刻的有效肤深

坚硬的评定未为基体影响被调整,但是这样调整不是必要的; 对这些范例,坚硬到达其高原在大约 20% 胶片厚度。 这是正如所料,因为塑料域的区域小于有弹性域的区域。 因此,当的测试方法的应该得到测试的相似的材料与实施干草克劳福德设计,这个年轻的模数和坚硬在是 20% 胶片厚度的凹进深度。

参考

[1] J.L. 干草, “评定的薄膜的基体独立年轻的模数一个新的设计由被导航的凹进的”, Agilent 技术应用注解 (2010)。

[2] W.C. 奥利佛史东和 G.M. Pharr, “确定坚硬和弹性模数的一个被改进的感觉凹进实验的技术使用负荷和位移”, J. Mater。 Res. 7(6) :1564-1583 (1992)。

[3] J.L. 干草, “被导航的凹进测试简介”,实验技术 33(6) :66-72 (2009)。

[4] J.L. 即干草、 P. Agee 和赫伯特, “在被导航的凹进测试期间的持续僵硬评定”,实验技术 34(3) :86-94 (2010)。

[5] H. 高、 C。 - H。基乌和 J. 李, “有弹性联络与凹进塑造多层的材料”, Int。 J. 固体构建 29:2471-2492 (1992)。

关于 Agilent 技术

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来源: Agilent 技术

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

Last Update: 14. June 2013 06:44

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