LŠVT 2007. Mechanické vlastnosti: jak a co lze měřm. ěřit na tenkých vrstvách. Jiří Vyskočil, Andrea Mašková HVM Plasma, Praha

Podobné dokumenty
FYZIKA VE FIRMĚ HVM PLASMA

VLIV ZPŮSOBŮ OHŘEVU NA TEPLOTNÍ DEGRADACI TENKÝCH OTĚRUVZDORNÝCH PVD VRSTEV ZJIŠŤOVANÝCH POMOCÍ VYBRANÝCH METOD

ZKOUŠKY MECHANICKÝCH. Mechanické zkoušky statické a dynamické

Zkoušení mechanických vlastností zkoušky tvrdosti. Metody charakterizace nanomateriálů 1

Hodnocení opotřebení a změn tribologických vlastností brzdových kotoučů

PVD povlaky pro nástrojové oceli

Ing. Michal Lattner Fakulta výrobních technologií a managementu Věda pro život, život pro vědu CZ.1.07/2.3.00/45.

Požadavky na technické materiály

12. Struktura a vlastnosti pevných látek

ANALÝZA POVLAKOVANÝCH POVRCHŮ ŘEZNÝCH NÁSTROJŮ

18MTY 1. Ing. Jaroslav Valach, Ph.D.

Vlastnosti V 0,2. Modul pružnosti Součinitel tepelné roztažnosti C od 20 C. Tepelná vodivost W/m. C Měrné teplo J/kg C

TEPLOTNÍ DEGRADACE TENKÝCH OTĚRUVZDORNÝCH PVD VRSTEV. Autor: Ing. Petr Beneš Školitel: Doc. Dr. Ing. Antonín Kříž

Mechanická modifikace topografie strojních součástí

Charakteristika. Vlastnosti. Použití NÁSTROJE NA TLAKOVÉ LITÍ NÁSTROJE NA PROTLAČOVÁNÍ NÁSTROJE PRO TVÁŘENÍ ZA TEPLA VYŠŠÍ ŽIVOTNOST NÁSTROJŮ

2 MECHANICKÉ VLASTNOSTI SKLA

HODNOCENÍ TENKÝCH VRSTEV - NITRIDICKÁ VRSTVA SUBSTRÁTOVÝCH SYSTÉMŮ EVALUATION OF THIN LAYER SUBSTRATE SYSTEM. Milan Vnouček a

TEPLOTNÍ ODOLNOST PVD VRSTEV VŮČI LASEROVÉMU POVRCHOVÉMU OHŘEVU

KONSTITUČNÍ VZTAHY. 1. Tahová zkouška

Kontaktní cyklické testování materiálů pomocí IMPACT testeru. Antonín Kříž; Petr Beneš

Vlastnosti a zkoušení materiálů. Přednáška č.3 Pevnost krystalických materiálů

Mechanické vlastnosti technických materiálů a jejich měření. Metody charakterizace nanomateriálů 1

ZÁKLADNÍ STUDIUM VLASTNOSTÍ A CHOVÁNÍ SYSTÉMŮ TENKÁ VRSTVA SKLO POMOCÍ INDENTAČNÍCH ZKOUŠEK

OPOTŘEBENÍ A TRVANLIVOST NÁSTROJE

ČSN EN ISO 472 ČSN EN ISO

NAUKA O MATERIÁLU I. Přednáška č. 03: Vlastnosti materiálu II (vlastnosti mechanické a technologické, odolnost proti opotřebení)

2. přednáška. Petr Konvalinka

STUDY OF SELECTED DEPOSITION PARAMETERS ON PROPERTIES AND BEHAVIOUR OF THIN FILM SYSTEMS

VLASTNOSTI TENKÝCH VRSTEV PŘI VYŠŠÍCH TEPLOTÁCH. Antonín Kříž Petr Beneš Martina Sosnová Jiří Hájek

A U T O R : I N G. J A N N O Ž I Č K A S O Š A S O U Č E S K Á L Í P A V Y _ 3 2 _ I N O V A C E _ _ Z K O U Š K Y M A T E R I Á L U _ P W P

Vlastnosti. Charakteristika. Použití FYZIKÁLNÍ HODNOTY VYŠŠÍ ŽIVOTNOST NÁSTROJŮ MECHANICKÉ VLASTNOSTI HOTVAR

Možnosti Impact testu při posuzování správnosti tepelného zpracování ocelí. Ing. Petr Beneš

Tenké vrstvy. metody přípravy. hodnocení vlastností

Výzkumný a zkušební ústav Plzeň s.r.o. Zkušební laboratoř Tylova 1581/46, Plzeň

OTĚRUVZDORNÉ POVRCHOVÉ ÚPRAVY. Jan Suchánek ČVUT FS, ÚST

Co by mohl (budoucí) lékař vědět o materiálech tkáňových výztuží či náhrad. 20. března 2012

STUDIUM MECHANICKÝCH VLASTNOSTÍ A CHOVÁNÍ V OKOLÍ MAKROVTISKŮ NA SYSTÉMECH S TENKÝMI VRSTVAMI

Experimentální zjišťování charakteristik kompozitových materiálů a dílů

COMPARISON OF SYSTEM THIN FILM SUBSTRATE WITH VERY DIFFERENT RESISTANCE DURING INDENTATION TESTS. Matyáš Novák, Ivo Štěpánek

CHARAKTERIZACE PORUŠENÍ PRI KOMPLEXNÍM HODNOCENÍ VLASTNOSTÍ A CHOVÁNÍ SYSTÉMU S TENKÝMI VRSTVAMI. Ivo Štepánek

Požadavky na nástroj při stříhání. Charakteristika. Použití STRUKTURA CHIPPER / VIKING

Zkoušení fyzikálně-mechanických vlastností materiálů a výrobků pro automobilový průmysl

Úvod. Povrchové vlastnosti jako jsou koroze, oxidace, tření, únava, abraze jsou často vylepšovány různými technologiemi povrchového inženýrství.

Černé označení. Žluté označení H R B % C 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5

Kapitola 3.6 Charakterizace keramiky a skla POVRCHOVÉ VLASTNOSTI. Jaroslav Krucký, PMB 22

KORELACE LABORATORNÍHO HODNOCENÍ KOMBINOVANÉHO NAMÁHÁNÍ SYSTÉMŮ S TENKÝMI VRSTVAMI S PRAXÍ.

Vlastnosti a zkoušení materiálů. Přednáška č.4 Úvod do pružnosti a pevnosti

EVALUATION OF FAILURES AND MODIFICATION OF SYSTEMS THIN FILM BASIC MATERIAL TO THE DEPTH OF MATERIAL SYSTEMS

Vrstvy a povlaky 2007

LOGO. Struktura a vlastnosti pevných látek

Výzkumný a zkušební ústav Plzeň s.r.o. Zkušební laboratoř Tylova 1581/46, Jižní Předměstí, Plzeň

STUDIUM MECHANICKÉHO CHOVÁNÍ ROZDÍLNÝCH SYSTÉMŮ TENKÁ VRSTVA SKLO POMOCÍ INDENTAČNÍCH ZKOUŠEK

3. Vlastnosti skla za normální teploty (mechanické, tepelné, optické, chemické, elektrické).

Integrita povrchu a její význam v praktickém využití

VÝROBA ŘEZNÝCH NÁSTROJŮ S OTĚRUVZDORNÝMI TENKÝMI VRSTVAMI

člen švýcarské skupiny BCI

Obrábění slitiny AlSi1Mg0,5Mn nástroji s progresivními tenkými vrstvami

HODNOCENÍ MECHANICKÝCH VLASTNOSTÍ TENKOVRSTVÝCH SYSTÉMŮ Z GRAFU ZÁVISLOSTI MÍRY INFORMACE NA ZATÍŽENÍ

ruvzdorné povlaky endoprotéz Otěruvzdorn Obsah TRIBOLOGIE Otěruvzdorné povlaky endoprotéz Fakulta strojního inženýrství

HODNOCENÍ KOMBINOVANÉHO NAMÁHÁNÍ SYSTÉMŮ TENKÁ VRSTVA SUBSTRÁT NA VYSOKOTEPLOTNÍM TRIBOMETRU

Poškození strojních součástí

Test A 100 [%] 1. Čím je charakteristická plastická deformace? - Je to deformace nevratná.

MECHANICKÉ VLASTNOSTI SYSTÉMU TENKÁ VRSTVA- SUBSTRÁT S ROZDÍLNOU TLOUŠŤKOU TiN

Díly forem. Vložky forem Jádra Vtokové dílce Trysky Vyhazovače (nitridované) tlakové písty, tlakové komory (normálně nitridované) V 0,4

HODNOCENÍ ŠÍŘENÍ PORUŠENÍ CYKLICKOU VRYPOVOU ZKOUŠKOU NA SYSTÉMECH S TENKÝMI VRSTVAMI

ZKOUŠENÍ KOVOVÝCH MATERIÁLŮ

Fyzika - Sexta, 2. ročník

VLIV MIKROSTRUKTURY SLINUTÝCH KARBIDŮ NA ŽIVOTNOST NÁSTROJŮ A STROJNÍCH SOUČÁSTÍ

Produktová řada Elektricky vodivý Vysoká pevnost v tlaku Dobrá tepelná odolnost Vysoká hodnota pv Dobrá chemická odolnost

VLIV DRUHU TECHNOLOGIE IONTOVÉHO BOMBARDU NA VLASTNOSTI A CHOVÁNÍ SYSTÉMŮ TENKÁ VRSTVA SUBSTRÁT

MAKROINDENTAČNÍ ZKOUŠKA PRO HODNOCENÍ PORUŠOVÁNÍ POVRCHU SUBSTRÁTU A SYSTÉMŮ S TENKÝMI VRSTVAMI PŘI TOMTO ZATÍŽENÍ.

Kumulace poškození termoplastického laminátu C/PPS při cyklickém zatížení a jeho posuzování

Souhrn zkušebních metod, speciální metody, zajímavosti

Elektricky vodivý iglidur F. Produktová řada Elektricky vodivý Vysoká pevnost v tlaku Dobrá tepelná odolnost Vysoká hodnota pv Dobrá chemická odolnost

TEPLOTNÍ ODOLNOST TENKÝCH VRSTEV A JEJICH PŘÍNOS V OBRÁBĚNÍ TVRDÝCH OCELÍ. Antonín Kříž Petr Beneš Martina Sosonová Jiří Hájek

Použití. Části formy V 0,9. Části nástroje. Matrice Podpěrné nástroje, držáky matric, pouzdra, lisovací podložky,

Metody modifikace topografie strojních prvků

13. Spektroskopie základní pojmy

MECHANICKÉ VLASTNOSTI STRUKTUR KOV POLYMER SVOČ FST 2010

Téma 2 Napětí a přetvoření

VYUŽITÍ PVD POVLAKŮ PRO FUNKČNĚ GRADOVANÉ MATERIÁLY

FDA kompatibilní iglidur A180

, Hradec nad Moravicí

NÁSTROJ NEFUNGUJE, KDO ZA TO MŮŽE?

Pružnost, pevnost, tvrdost, houževnatost. Jaký je v tom rozdíl?

VLIV VYBRANÝCH PARAMETRŮ TECHNOLOGICKÉHO PROCESU NA VLASTNOSTI A CHOVÁNÍ SYSTÉMŮ TENKÁ VRSTVA SUBSTRÁT

Slitiny titanu pro použití (nejen) v medicíně

České vysoké učení technické v Praze Fakulta jaderná a fyzikálně inženýrská. Příloha formuláře C OKRUHY

COMPARISON PROPERTIES AND BEHAVIOUR OF SYSTEM WITH THIN FILMS PREPARED BY DIFFERENT TECHNOLOGIES

Adhezní síly v kompozitech

ZÁPADOČESKÁ UNIVERZITA V PLZNI FAKULTA STROJNÍ. Materiálové inženýrství a strojírenská metalurgie BAKALÁŘSKÁ PRÁCE

Elektrická vodivost - testové otázky:

Vývoj - grafické znázornění

VLIV PŘÍPRAVY POVRCHU A NEHOMOGENIT TLOUŠŤKY VRSTEV NA CHOVÁNÍ TENKOVRSTVÝCH SYSTÉMŮ

Zkoušky vlastností technických materiálů

EVALUATION OF INFLUENCE PREPARING OF SURFACE OF SUBSTRATE ON BEHAVIOUR OF SYSTEMS THIN FILM SUBSTRATE

Nauka o materiálu. Přednáška č.3 Pevnost krystalických materiálů

CYKLICKÁ VRYPOVÁ ZKOUŠKA PRO HODNOCENÍ VÝVOJE PORUŠENÍ A V APROXIMACI ZKOUŠKY OPOTŘEBENÍ. Markéta Podlahová, Ivo Štěpánek, Martin Hrdý

Kryogenní zpracování brzdových kotoučů

HODNOCENÍ VLASTNOSTÍ SYSTÉMŮ TENKÁ VRSTVA-SUBSTRÁT. Antonín Kříž. Vrstvy a Povlaky 2008

Transkript:

Mechanické vlastnosti: jak a co lze měřm ěřit na tenkých vrstvách Jiří Vyskočil, Andrea Mašková HVM Plasma, Praha Prague, May 2005

OBSAH 1 mechanické vlastnosti objemových materiálů 1 tenké vrstvy a jejich příprava 1 mechanické vlastnosti tenkých vrstev 0 tloušťka 0 pnutí 0 elasticko-plastické vlastnosti 0 tribologické vlastnosti 0 adheze / koheze

MATERIÁLY A MECHANICKÉ VLASTNOSTI 1822 Moohsova stupnice tvrdosti

MECHANICKÉ VLASTNOSTI OBJEMOVÝCH MATERIÁLŮ TAH mez pevnosti mez kluzu mez pružnosti mez úměrnosti izotropní materiál TLAK HOOKŮV V ZÁKONZ matice elastických konstant 21 nezávislých prvků orthotropní 12 prvků ε x = 1/E [σ x γ(σ y+ σ z )] ε y = 1/E [σ y γ(σ x+ σ z )] ε z = 1/E [σ z γ(σ x+ σ y )] E Youngův modul γ Poissonův poměr

ZKOUŠENÍ OBJEMOVÝCH MATERIÁLŮ 1 STATICKÉ ZKOUŠKY KY 0 pevnost (tah, tlak, ohyb) 0 tvrdost 1 DYNAMICKÉ ZKOUŠKY KY 0 rázové 0 únavové 50x 1 TRIBOLOGICKÉ ZKOUŠKY KY 0 koeficient tření 0 abrazivní otěr 500x

TENKÉ VRTSVY 10 nm souvislý růst 10 μm vliv povrchových atomů aplikace tenkých vrstev -použití souvisí s hloubkou interakce -největší plocha a objem Al vrstvy (fólie, CD, zrcadla) -mikroelektronika, optika, dekorativní, tribologie, nástroje mechanické aplikace? adheze! tribologie

TECHNOLOGIE PŘÍPRAVY TENKÝCH VRSTEV 1 ZMĚNA STRUKTUR, SLOŽEN ENÍ A FÁZÍF NA POVRCHU 0 povrchové kalení 0 krystalizace 0 difúzním procesy (nitridace, oxidace, cementace apod.) 0 implantace (kovů, plynů) 1 NANÁŠ ÁŠENÍ POVLAKŮ 0 nátěry, 0 nástřiky (plamen, plazmový hořák, HVOF) 0 chemické, elektrochemické 0 CVD 0 PVD 0 PACVD

MECHANICKÉ VLASTNOSTI TENKÝCH VRSTEV CO LZE MĚŘM ĚŘIT? 1 rozměry = tloušťka vrstvy 1 pnutí ve vrstvách (tahové / tlakové) 1 elasticko-plastické charakteristiky 0 mikrotvrdost 0 Youngův modul pružnosti, Poissonův poměr 1 tribologické vlastnosti 0 koeficient tření 0 abrazivní otěr 0 erozivní opotřebení 1 adhezivně - kohezivní chování 0 adheze, koheze 0 lomová houževnatost 0 šíření trhlin a únavové chování

TLOUŠŤKA VRSTVY PŘÍMÉ METODY D i 1 výbrus 0 příčný 0 šíkmý 0 kulový D D D o h f = (D o2 D i2 ) / (4*D) 1 schod 0 mikroskop 0 interferometricky 0 hrotem h f drsnost - ovlivňuje růst a měření

TLOUŠŤKA VRSTVY NEPŘÍMÉ METODY nutná kalibrace pro danou vrstvu 1 měření hmotnosti vrstvy 0 vážení (0,1-1mg/cm2) 0 krystalový detektor 1 měření emise nebo absorbce při interakci s částicemi nebo zářením 0 rtg fluorescence nebo absorbce 0 RBS 1 odprašování (odpařování) povrchu ve spojení s prvkovou analýzou 0 SIMS, AES, GDOES, LIBS

PNUTÍ VE VRSTVĚ tuhá podložka tahové pnutí tlakové pnutí CELKOVÉ PNUTÍ σ g σ th σ ex - růstové pnutí - pnutí dané rozdílnou teplotní roztažností podložky a vrstvy - pnutí dané vnějším namáháním soustavy vrstva/podložka σ tot = σ g + σ th + σ ex

RŮSTOVÉ PNUTÍ silové působení mezi atomy uspořádanými ve struktuře epitaxní růst rozdíl v mřížkových parameterech mikrostruktura porézní přitažlivé síly mezi sousedními sloupci tahové pnutí hustá urychlené ionty tlakové pnutí

TEPLOTNÍ PNUTÍ pnutí dané rozdílnou teplotní roztažnost ností vrstvy a podložky deformace ε th a pnutí σ th ε th = (α s α f )*(T d T 0 ) σ th = E/(1-γ)* ε th měření adheze vrstvy ohřev nebo ochlazení pro zvýšení pnutí mezní teplota nanesení silné vrstvy na povrch s velkým rozdílem roztažnosti pomocná vrstva vrstva podložka volba typu vrstvy pro aplikace

MĚŘENÍ PNUTÍ MĚŘENÍ OHYBU SOUSTAVY VRSTVA-TENK TENKÁ PODLOŽKA kruhový vzorek, pásek, nosník (cantilever) R σ = E s /(1- γ s ) * h s2 /(6*R) * 1/h f Měření deformace samonosné části vrstvy povrch vrstvy λ odleptaná podložka h f σ = f (1/λ) E*=(λ/πA)

MĚŘENÍ PNUTÍ RTG DIFRAKCE - METODA sin 2 ψ změna mřížového parametru (posun difrakční čáry) v důsledku pnutí SPEKTROSKOPIE RAMANOVSKÉHO ZÁŘENÍ posun vlnové délky píku v důsledku změny interakce s fonony

MĚŘENÍ ELASTICKO-PLASTICKÝCH VLASTNOSTÍ Youngův modul pružnosti Poissonův poměr tvrdost mikrotvrdost nanotvrdost * ohyb vzorku s vrstvou L ohyb u nosníku ve směru F: w F u = 4/(E*w) * (L/h f ) 3 * F + u 0 100μ m měření frekvence vlastních kmitů * rychlost šíření povrchových akustických vln = k * E 1/2 * vpich hrotu (indentoru) do povrchu vrstvy - mikrotvrdost

MĚŘENÍ MIKROTVRDOSTI VTISK HROTU DO POVRCHU A MĚŘM ĚŘENÍ PLASTICKÉ DEFORMACE ZATÍŽENÍ P HROT d VZOREK HV = P/ d 2 hloubka vpichu < 1/10 tloušťky vrstvy

TVAR HROTU Vickers Berkovich Knoop kónický Rockwell Brinell

DYNAMICKÉ MĚŘENÍ SOUČASN ASNÉ MĚŘENÍ ZATÍŽEN ENÍ A HLOUBKY

DYNAMICKÉ MĚŘENÍ zatížení (mn) h max Oliver - Pharr zatěžování S P = α (h h p ) m h c = h max ε P/S A c = f(h c ) odlehčování h p h c hloubka vpichu (μm)

PORUCHY VTISKU l cr lomová houževnatost Kc = f (l cr )

NANOINDENTOR dynamické měření síla / hloubka zatěžování statické působení - odlehčování vpich vryp cyklické měření měření výsledné trvalé deformace v režimu AFM PŘESNOST MĚŘENÍ SÍLY cca 10 nn PŘESNOST MĚŘENÍ HLOUBKY cca 10 pm vliv nehomogenity vliv drsnosti povrchu

TRIBOLOGICKÉ VLASTNOSTI koeficient tření abrazivní otěr F v geometrie kontaktu: - plocha / plocha - plocha / válec - plocha / koule - válec / válec pohyb: - oscilační - rotační parametry: - síla, rychlost - teplota - okolí (plyn, mazání...) otěrová stopa K = V / (F *s) objem otěru celková dráha

ADHEZIVNĚ-KOHEZIVNÍ VLASTNOSTI adheze vrstva / podložka koheze vrstva / vrstva = energie nutná k vytvoření dvou volných povrchů základní adheze daná vazbami - stav podložky před nanášením (mechanické čištění, drsnost, odmašťování, iontové čištění) - vazba na rozhraní (kovalentní, iontová, kovová, van der Waalsova, mechanická atd.) - pnutí ve vrstvě - následné technologie (žíhání, difúze apod.) praktická adheze závisí i na metodě měření - zahrnuje energii deformace vrstvy a podložky, tření atd. více než 200 metod měření adheze

ADHEZE DESTRUKTIVNÍ METODY odtrhávací metody ( peel test, pull test, tahové zkoušky) deformace podložky (ohyb, tah, tlak...) a sledování poškození rozhraní blister (puchýř) test P F

ADHEZE DESTRUKTIVNÍ METODY vpichové metody (houževnatost rozhraní, trhliny, opadání) velikost trhlin vpich trhliny opadaná vrstva vrypové metody (poškození v dráze a na jejím okraji) kritické zatížení Lc Lc3

ADHEZE DESTRUKTIVNÍ METODY teplotní roztažnost (nárůst pnutí) laserový nebo ultrazvukový puls a vytvoření rázové vlny dynamické měření dopad kuličky pod zatížením - impact test Sstř. (um2) 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 Stř. plocha řezu kráterů při imp. síle 480 N vz. : A 0004 vz. : TiN vz. : CrN 1 10 100 1000 10000 100000 počet imp. krátery

ADHEZE NEDESTRUKTIVNÍ METODY měření dynamického modulu pružnosti měření rychlosti šíření povrchových vln

ZÁVĚR MECHANICKÉ VLASTNOSTI 1 důležité pro všechny aplikace tenkých vrstev 0 adheze 0 pnutí 0 elastické konstanty 0 životnost - odolnost 1 rozvoj metod měření 0 experimentální 0 interpretace 0 modelování

DĚKUJI VÁM V M ZA POZORNOST