Mikrotvrdost a ultramikrotvrdost pevných látek a tenkých vrstev

Prezentace na téma: "Mikrotvrdost a ultramikrotvrdost pevných látek a tenkých vrstev"— Transkript prezentace:

1 Mikrotvrdost a ultramikrotvrdost pevných látek a tenkých vrstev

2 1. Úvod 2. Zkoušky tvrdosti 2. 1. Statické zkoušky tvrdosti 3
1. Úvod Zkoušky tvrdosti 2.1. Statické zkoušky tvrdosti Měření mikrotvrdosti 3.1. Mikrotvrdost podle Vickerse 3.2. Mikrotvrdost tenkých vrstev Depth sensing indentation (DSI) Závěr

3 Úvod Tvrdost charakterizuje odpor tělesa proti pronikání jiného, tvrdšího a nedeformovatelného objektu (indentoru) během lokální interakce. Tvrdost není základní fyzikální veličinou. H = f(e, k,L,P,F,M,m,v)

4 Tvrdost a ostatní fyzikální vlastnosti pevných látek Superplasticita kovů - Journ of Mat. Sci. Let.5, (1986), Acta Met. 36, (1988), Únava kovů - Journ. of. Mat. Sci. Let. 6, (1987), Mechanické zpevnění kovů - Journ. of Mat. Sci. 12, (1977), Met. Trans. A, 6A, (1975), 1101

5 Zpevnění hranicemi zrn - Journ. of Mat. Sci
Zpevnění hranicemi zrn - Journ. of Mat. Sci. 7, (1972), Luedersova deformace, plastické nestability. - Met. Trans. A, 14A, (1983), J. Mater. Res. 15, (2000), Elastické moduly tenkých vrstev - Thin Solid Films, 342, (1999), Thin Solid Films, 341, (1999), Journ. of Mat. Sci. Let. 8, (1989),

6 Vznik a šíření trhlin - Thin Solid Films 332, (1988), Energie adheze tenkých vrstev - Surf. Coat. And Technol. 130, (2000), Fázové změny v plastech - Jour. Of Mat. Sci. Let. 7, (1988), Journ. of Mat. Sci. 23, (1988),

7 2. Zkoušky tvrdosti. Vývoj metod již téměř 200 let.
Mohsova stupnice tvrdosti Mohs, F.: Grundniss der Mineralogie, Dresden Brinell, J.A.: J. Iron and Steel Inst., 59, (1900), 243 Meyer, E.: Zeits. D. Vereins Deutsch Ingenieure. 52, (1908), Tabor, D.: The Hardness of Metals, Oxfordpress, 1951.

8 zkoušky vrypové. } zkoušky statické
zkoušky vrypové } zkoušky statické zkoušky vtiskové zkoušky odrazové } zkoušky dynamické zkoušky kyvadlové

9 2.1. Statické zkoušky tvrdosti.
Zkouška vrypem Zkoušky vtiskové: • zkouška podle Brinella průměr vtisku • zkouška podle Ludwika a Kubasova průměr vtisku

10 • zkouška Vickersova - délka úhlopříčky • zkouška podle Rockwella -
• zkouška Vickersova - délka úhlopříčky • zkouška podle Rockwella - hloubka vtisku Tři rozdílné oblasti zkušebního zatížení (podle ČSN EN ISO ): F > 49,03 N ,961 N < F < 49,03 N ,09807 N < F < 1,961 N

11 • Vickers • Berkovich • Knoop
3. Měření mikrotvrdosti • Vickers • Berkovich • Knoop

12 Čtyřboký jehlan, a = 136 o , úhlopříčka u
Obr.1

13 Kovy: HV = f(k,v) Kickův zákon podobnosti L = a.u2

14 ISE efekt Obr.2.

15 Neplatí-li Kickův zákon —> Meyerův vztah: L = a.un (n  2)
Obr.3

16 3.2. Mikrotvrdost tenkých vrstev
Tlusté vrstvy (d > 10 mm) měkká vrstva na tvrdé podložce Obr.4

17 Tvrdá vrstva na měkké podložce Obr.5.

18 3.2.2. Tenké vrstvy (d < 10 mm).
Modely pro určení mikrotvrdosti tenkých vrstev a) Model vážených ploch (Jonsson, Hogmark)

19 (tvrdá tažná vrstva na měkké podložce - Model 1) C = sin222o
kde C = 2.sin211o (tvrdá tažná vrstva na měkké podložce - Model 1) C = sin222o (tvrdá křehká vrstva na měkké podložce - Model 2).

20 Obr.7.

21 b) Model vážených objemů (Burnett, Rickerby)

22 Obr.8.

23

24 c) Model kavity (Ford).

25 3. 2. 3. Některé výsledky vlastních měření. Navrátil, V
Některé výsledky vlastních měření. Navrátil, V., Stejskalová, V.: Phys. Stat. Sol. (a), , (1996), Navrátil, V., Šikola, T.: Mat. Sci. & Engn. A , (1997), Navrátil, V., Němec, P.: Journ. of Mat. Sci. Let , (1994), Buršíková,V., Navrátil,V., Zajíčková,L., Janča,J.: Mat. Sci. and Engn. (v tisku).

26 Obr.9. • Al, ° 1 mm Cu, HV (Cu) = (170 ± 20)

27 Obr.10. + - čistý Al, x – Al2 O3 (360 nm) HV (Al2 O3) = (750 ± 50)

28 Obr.11. Diamantupodobné vrstvy na Si (100). HV = (3100 ± 100)

29 Obr.12. Amorfní a-Si:H vrstva na skle HV = (1200 ± 100)

30 Obr.13. Tenké vrstvy Mo na Si (001) HV = (1580 ± 50)

31 4. Depth sensing indentation (DSI)
Klasické metody Perspektivní metody (DSI, STM, AFM) Závislost L = f(h) při zatěžování a odtěžování.

32 Ideálně plastická látka Obr.14.

33 Ideálně elastická látka Obr.15.

34 Elasticko – plastická látka. Obr.16.

35 Fischerskop, Leitz, Schimazu.
Přístroje pro měření DSI: Fischerskop, Leitz, Schimazu. Měřené veličiny: H, E , Wpl , Wel , hc , hpl ,, L a další.

36 Oliver a Pharr:

37

38 Giannakopoulos a.j.

39 Výsledky prvních měření. Obr.17. Čistý Al.

40 Obr.18. Borosilikátové sklo BK 7

41 Obr.18. Akryl

42 5. Závěr. Nástroje k měření fyzikálně - mechanických vlastností tenkých vrstev. Klasické metody měření mikrotvrdosti Měření adheze Měření vnitřního pnutí Měření povrchové energie DSI STM AFM

43 Plán další odborné činnosti:
VA v Brně, Fak. Vojensko-technická druhů vojsk, K203 MU Brno, Přír. fak., kat. fyz. elektroniky - mikrotvrdost a DSI tenkých nitridových a jiných (diamantupodobných) vrstev, - metodologická měření DSI (ověření stávajících modelů, případně vytvoření nových).