Mikrotvrdost a ultramikrotvrdost pevn

1
Mikrotvrdost a ultramikrotvrdost pevných látek a
tenkých vrstev
2
1. Úvod2. Zkoušky tvrdosti2.1.
Statické zkoušky tvrdosti3. Merení
mikrotvrdosti3.1. Mikrotvrdost podle
Vickerse3.2. Mikrotvrdost tenkých vrstev4.
Depth sensing indentation (DSI)5. Záver
3
H f(e, k,L,P,F,M,m,v)
Úvod
Tvrdost charakterizuje odpor telesa proti
pronikání jiného, tvrdšího a nedeformovatelného
objektu (indentoru) behem lokální
interakce.Tvrdost není základní fyzikální
velicinou.
4
Tvrdost a ostatní fyzikální vlastnosti pevných
látekSuperplasticita kovu- Journ of Mat. Sci.
Let.5, (1986), 35 - 38- Acta Met. 36, (1988),
2183 - 2192Únava kovu- Journ. of. Mat. Sci.
Let. 6, (1987), 689 - 691Mechanické zpevnení
kovu- Journ. of Mat. Sci. 12, (1977), 735 -
738- Met. Trans. A, 6A, (1975), 1101
5
Zpevnení hranicemi zrn- Journ. of Mat. Sci. 7,
(1972), 763 - 770Luedersova deformace,
plastické nestability.- Met. Trans. A, 14A,
(1983), 1607- J. Mater. Res. 15, (2000),
1307Elastické moduly tenkých vrstev - Thin
Solid Films, 342, (1999), 201 - 206- Thin Solid
Films, 341, (1999), 207 - 216- Journ. of Mat.
Sci. Let. 8, (1989), 1350 - 1352
6
Vznik a šírení trhlin- Thin Solid Films 332,
(1988), 180 - 184Energie adheze tenkých
vrstev- Surf. Coat. And Technol. 130, (2000), 74
- 79 Fázové zmeny v plastech- Jour. Of Mat.
Sci. Let. 7, (1988), 165 - 166- Journ. of Mat.
Sci. 23, (1988), 862 - 866.
7
2. Zkoušky tvrdosti.
Vývoj metod již témer 200 let. Mohsova
stupnice tvrdostiMohs, F. Grundniss der
Mineralogie, Dresden 1822Brinell, J.A. J. Iron
and Steel Inst., 59, (1900), 243Meyer, E.
Zeits. D. Vereins Deutsch Ingenieure. 52,
(1908), 645.Tabor, D. The Hardness of
Metals, Oxfordpress, 1951.
8
zkoušky vrypové zkoušky
statické zkoušky vtiskové zkoušky
odrazové
zkoušky dynamické zkoušky kyvadlové
9
2.1. Statické zkoušky tvrdosti.
Zkouška vrypemZkoušky vtiskové zkouška
podle Brinella prumer vtisku
zkouška podle Ludwika a Kubasova
prumer vtisku
10
zkouška Vickersova - délka úhloprícky
zkouška podle Rockwella - hloubka vtisku
Tri rozdílné oblasti zkušebního zatížení
(podle CSN EN ISO 6507-1)
F gt 49,03 N 1,961 N lt
F lt 49,03 N 0,09807 N lt F lt 1,961 N
11
Vickers Berkovich Knoop
3. Merení mikrotvrdosti
12
Ctyrboký jehlan, a 136 o , úhloprícka u
Obr.1
13
Kovy HV f(k,v)
Kickuv zákon podobnosti L a.u2
14
Obr.2.
ISE efekt
15
Neplatí-li Kickuv zákon gt Meyeruv vztah L
a.un (n ? 2)
Obr.3
16
3.2. Mikrotvrdost tenkých vrstev
3.2.1. Tlusté vrstvy (d gt 10 mm)
mekká vrstva na tvrdé podložce
Obr.4
17
Tvrdá vrstva na mekké podložceObr.5.
18
3.2.2. Tenké vrstvy (d lt 10 mm).
Modely pro urcení mikrotvrdosti tenkých
vrstev a) Model vážených ploch (Jonsson,
Hogmark)
19
kde C 2.sin211o (tvrdá tažná vrstva na mekké
podložce - Model 1) C sin222o (tvrdá krehká
vrstva na mekké podložce - Model 2).
20
Obr.7.
21
b) Model vážených objemu (Burnett, Rickerby)
22
Obr.8.
23
(No Transcript)
24
c) Model kavity (Ford).
25
3.2.3. Nekteré výsledky vlastních
merení.Navrátil, V., Stejskalová, V. Phys.
Stat. Sol. (a),
157, (1996), 339. Navrátil, V., Šikola,
T. Mat. Sci. Engn. A 234
- 236, (1997), 390.Navrátil, V.,
Nemec, P. Journ. of Mat. Sci. Let.
13, (1994), 1179.Buršíková,V.
, Navrátil,V., Zajícková,L., Janca,J.
Mat. Sci. and Engn. (v tisku).
26
Obr.9. Al, 1 mm Cu,
HV (Cu) (170 20)
27
Obr.10. - cistý 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-SiH 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 metodyPerspektivní metody (DSI, STM,
AFM)Závislost L f(h) pri zatežování a
odtežování.
32
Ideálne plastická látka Obr.14.
33
Ideálne elastická látka Obr.15.
34
Elasticko plastická látka. Obr.16.
35
Prístroje pro merení DSI
Fischerskop, Leitz, Schimazu. Merené
veliciny H, E , Wpl , Wel , hc , hpl ,,
L a další.
36
Oliver a Pharr
37
(No Transcript)
38
Giannakopoulos a.j.
39
Výsledky prvních merení. Obr.17. Cistý
Al.
40
Obr.18. Borosilikátové sklo BK 7
41
Obr.18. Akryl
42
5. Záver.
Nástroje k merení fyzikálne - mechanických
vlastností tenkých vrstev.

• Klasické metody merení mikrotvrdosti
• Merení adheze
• Merení vnitrního pnutí
• Merení povrchové energie
• DSI
• STM
• AFM

43
Plán další odborné cinnosti
VA v Brne, Fak. Vojensko-technická
druhu vojsk, K203 MU Brno, Prír. fak., kat.
fyz. elektroniky- mikrotvrdost a DSI tenkých
nitridových a jiných (diamantupodobných)
vrstev,- metodologická merení DSI (overení
stávajících modelu, prípadne vytvorení
nových).