hlavicka
    Pro firmy         Aktuálně           Konference           Kdo jsme           Reference           Pro studenty         Download         Kontakt
dendr


pruh
Metody měření a hodnocení adhezívně kohezivního chování systémů tenká vrstva – substrát

Charakteristika činnosti

Vnikací metoda
patří mezi velmi rozšířené metody ke zjišťování kvality spojení mezi tenkou vrstvou a substrátem. Jedná se o nenáročnou metodu, při které je pnutí na rozhraní systému tenká vrstva-substrát způsobeno vtiskem, při statickém vtlačování indentoru. Iniciované napětí vyvolá na rozhraní vrstva-substrát vznik trhlinek, které se šíří k povrchu. Pomocí této metody lze sledovat jednak rozměry a charakter vzniklých trhlin a dále zjišťovat v závislosti na zatížení L rozvoj trhlin.

tridy
Hodnocení porušení okolí vtisku vytvořeného
Rockwellovým indentorem při zatížení 1500N




Vyhodnocení vtisků se provádí přiřazením vtisků do jednotlivých kategorií (tříd) s adhezním číslem HF, které charakterizuje stupeň popraskání či odloupnutí vrstvy (viz obr.). Předností vnikací metody je rychlost provedení spolu s minimálními nároky na měřící zařízení a možnost sledování chování systému přímo na zkoumaných řezných nástrojích nebo vzorcích s různou tvarovou plochou bez jinak nutné destrukce nástroje. Stav povrchu, drsnost, neovlivňuje v takové míře výsledky měření jako v případě vrypové zkoušky, která kvůli co nejmenšímu ovlivnění výsledků vyžaduje povrch s nízkou hodnotou drsnosti.
     
ozl
Porušení nanokrystalické tenké vrstvy na substrátu z konstrukční oceli
















Scratch test (vrypová zkouška)
Scratch test je základní a nejrozšířenější zkouškou pro sledování adheze systému tenká vrstva – substrát. Tato metoda našla své uplatnění jako efektivní metoda kvalitativní kontroly v oblastech průmyslových i vědeckých. Hodnocené vrstvy mohou být jak organické tak anorganické, pokrývající tribologické, magnetické a dekorativní aplikace jako jsou např. PVD, CVD, PECVD, pokovování a pasivační vrstvy, třecí a ochranné vrstvy.
Substráty zahrnují kovy, slitiny, polovodiče, sklo, minerály a organické materiály.
Podmínkou možnosti provedení této zkoušky je, že drsnost povrchu Ra by neměla překročit hodnotu 0,25 µm.
Principem metody je plynulé zatěžování indentoru, který se pohybuje rovnoběžně s rozhraním vrstva – substrát. Vzorek se pohybuje konstantní rychlostí horizontálně a indentor, který je zatěžován konstantní nebo plynule se zvyšující silou, proniká do povrchu vzorku při jeho pohybu a vytváří tak vryp. Tím se na rozhraní vrstva - substrát generuje pnutí, které při dosažení kritické hodnoty způsobí odtržení vrstvy od substrátu. Hodnota, při níž dojde k poškození vrstvy,  se nazývá kritické zatížení Lc a je používána jako míra adheze dané vrstvy.
V průběhu vrypové zkoušky je sledována rychlost posuvu vzorku dx/dt při zatížení plynule se zvyšující silou i rychlost jejího zvyšování dL/dt. Normálovou sílu můžeme volit buď konstantní, nebo lineárně narůstající v intervalu od 0 do 200 N. Maximální hodnoty vrypu, kterých se dá dosáhnout pomocí tohoto zařízení, je délka vrypu 20 mm a hloubka 1mm. Přístroj zaznamenává průběh normálové Fn a  tangenciální síly Ft působící na indentor, hodnoty frikčního koeficientu  µ = Ft / Fn a signál akustické emise (AE- elastické vlny generované uvolněním energie vnitřně vázané ve struktuře materiálu).

Hodnotu kritického zatížení Lc, při  níž dojde  k  prvnímu odhalení substrátu, lze zjišťovat několika způsoby: pomocí připojeného optického mikroskopu, popř.  pomocí řádkovacího elektronového mikroskopu doplněné o zpracování zaznamenaných závislostí koeficientu tření a signálu akustické emise na normálovém zatížení.
Zkoušky se provádí při použití standardních podmínek měření – 10 mm/min a 100 N/min.,
indentor je diamantový Rockwellův kužel s vrcholovým úhlem 120° a s poloměrem zaoblení
špičky hrotu 200 µm.
Při  zkoušce se posuzuje také vzniklé porušení systému vrstva - substrát.
Adhezní porušení vzniká při odtržení vrstvy od  substrátu  iniciovaném na rozhraní vrstva - substrát, kdežto kohezivní porušení je způsobeno ztrátou soudržnosti uvnitř vrstvy. Kritická zatížení jsou určována podle několika kritérií. Při analýze světelným mikroskopem jsou určena místa, kde vznikly první porušení vrstvy (trhliny), první adhezivní porušení vrstvy (odloupnutí) a adhezivní porušení vrstvy většího rozsahu (odhalení substrátu). Ze znalosti rychlosti zatěžování a rychlosti posuvu vzorku a závislostí hodnot signálu akustické emise na velikosti normálového zatížení indentoru Fn je určena velikost kritického zatížení. Zatížení v místě, kde došlo k prvnímu porušení vrstvy (trhliny) – je označeno LC1, první adhezivní porušení vrstvy (odloupnutí) - označeno LC2, první adhezivní porušení vrstvy většího rozsahu - označeno LC3, totální odhalení substrátu označeno LAE.
  
  
scratchOdhalení substrátu při scratch testu

     







 
pruh

Adhezivně-kohezivní chování

Na této stránce naleznete podrobnosti o dané analýze, případně články ke stažení.





© ATeam 2005