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TU Berlin

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Arion Juritza

Arion Juritza
Lupe

TU Berlin, Institut für Mechanik
Fachgebiet Kontinuumsmechanik und Materialtheorie
Fakultät V
z.H. Herrn Juritza
Einsteinufer 5
D-10587 Berlin


  • Raum MS-211
  • Tel.: 314-22914
  • Tel.: 314-28310
  • Sprechstunden: n.V.

Nanoindenter/Nanoindentation

Lupe

Bei der Nanoindentation wird eine Kraft auf eine Diamantspitze (Indenter) ausgeübt, die mit der zu vermessenden Schicht in Kontakt steht.   Während diese Kraft langsam erhöht wird, wird die Eindringtiefe gemessen.  Die Kontaktfläche bei maximaler Belastung wird indirekt aus der Tiefe des Eindrucks und der bekannten Indentergeometrie bestimmt, da die Größe des verbleibenden Eindrucks wegen seiner Kleinheit nicht mehr ausreichend genau optisch vermessen werden kann.

Das Verfahren der Nanoindentation ist eine etablierte Methode zur Ermittlung lokaler mechanischen Eigenschaften von Mikrostrukturen.
Wenn eine Oberfläche durch eine wirkenden Kraft plastisch deformiert wird,  verbleibt auch nach Rücknahme dieser Kraft ein Eindruck im Material.  Die Härte eines Materials ist dann definiert als der Quotient aus der maximal wirkenden Kraft und dieser Fläche.
H =  P / 24.5H^2

Beschreibung - schematische Darstellung/Foto

Lupe

Dünne Schichten spielen eine immer wichtigere Rolle in der Materialforschung und der Technologie.
Hierbei werden die Eigenschaften von Bauteilen nicht mehr durch den Werkstoff selbst, sondern nur noch durch eine dünne Oberflächenschicht bestimmt.  Meist liegen die Dicken dieser  Eigenschaftsbestimmenden Schichten im Nanometerbereich.

Beispiele sind:


  • intermetallischen Phasen, wie sie auch an den Verbindungsstellenmikroelektronischer Bauteile vorkommen,
  • goldene TiN Schichten auf Bohrern,
  • die Teflon-Beschichtung der Bratpfanne,
  • Antireflex- und selbsttönende Beschichtungen bei Brillen
  • oder auch die Multilagen-Stuktur von Leseköpfen bei Festplatten.

Härtemessung

Lupe

Zur Härtemessung wird ein sogenannter Berkovich-Indenter eingesetzt. Dabei handelt es sich um eine dreiseitige Pyramide mit einem Winkel = 65.3°.

Eine Besonderheit besteht nun darin, daß anstelle der tatsächlichen Kontaktfläche des Indenters mit dem Material die projizierte Fläche A  in die Berechnung der Härte eingeht, auf die der mittlere Kontaktdruck wirkt.

H =  P / 24.5H^2

Die benötigte Information ist nun die Tiefe des plastischen Eindringens (hpl) bei maximaler Belastung P. Diese wird aus einer Belastungs-Verformungskurve bestimmt.

Messkurve

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Beim Eindringen des Indenters wird das Material elastisch sowie plastisch verformt. Das Entlasten wird als rein elastisch angenommen, so daß eine plastische Verformung zurückbleibt. Ein Nanoindentationsexperiment liefert primär Last-Verformungskurven, aus denen direkt Härte, E-Modul und anfängliche Fließspannung abgeleitet werden können.
Vor Beginn der Messungen wurde die Flächenfunktion des Indenters bestimmt. Da die Form des Indenters von der perfekten dreiseitigen Pyramide abweicht, (die Spitze ist meist verrundet) muß die Flächenfunktion als Korrekturfaktor in die Auswertung einbezogen werden.

Nanoindente in ein Probe bei 500facher Vergrößerung

Lupe

Eindringtiefe des Diamanten: 150 nm - ~ 2000 nm
max. Kraft:  500 mN (0.5 N)

Meßgrößen:

  • Nanohärte in Gpa
  • Mikrohärte in Mpa
  • Reduzierter Modul (Reduced Modulus)
  • bei bekannter Poisson-/Querkontraktionszahl kann der E-Modul berechnet werden

Probenaufbereitung

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Einbettung  verschiedener Proben in Harz, sowie Schliff der Proben zur Vorbereitung der Nanoindentation, der Atomkraft-Mikroskopie, sowie der Lichtmikroskopischen Untersuchungen.

Zusatzinformationen / Extras

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Kontakt

Lehrstuhl Prof. W. H. Müller
Kontinuumsmechanik und Materialtheorie
Institut für Mechanik
Fakultät V
Sekr. MS2,
Raum MS 08a
Einsteinufer 5
D-10587 Berlin
Tel. +49 30 314-22332
Fax +49 30 314-24499