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      首頁  產品信息 材料分析設備 材料用光學顯微鏡 NIOS納米機械測試/原位納米壓痕儀

    材料用光學顯微鏡

    超分辨光學顯微鏡(SMAL微球放大技術)納米表面輪廓儀全功能X射線顯微鏡NIOS納米機械測試/原位納米壓痕儀 顯示全部
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    NIOS納米機械測試/原位納米壓痕儀

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    NIOS納米機械測試/原位納米壓痕儀

    NIOS納米機械測試/納米壓痕儀是實現超過30種不同的測量技術的全能系統,涵蓋了亞微米和納米尺度所有類型的物理和機械性能測量。通過NIOS壓痕儀控制軟件,可以實現高度自動化的測量,允許終端用戶配置任何測量方案,無需操作員干預即可執行。這一特性對于材料質量的技術控制特別有用。有了這個新增的功能,NIOS既可以用于研究工作,也可以用于工業應用。

    NIOS系列納米機械測試/納米壓痕儀的模塊化設計允許終端用戶根據自己的需要配置納米機械測試機。NIOS納米機械測試機的配置可包括以下模塊: 寬量程納米壓痕儀;光學顯微鏡;原子力顯微鏡;掃描納米機械測試儀;電特性測量;側向力傳感器;原位形貌成像;加熱臺等。


    測量模式和測量方法:

    1.機械性能測量:儀器壓痕符合ISO 14577;維氏顯微硬度測量;具有恒定或可變載荷的硬度測試(通過劃痕測量硬度;力光譜學;機械化學納米;梁和膜的剛度測量;硬度和彈性模量對壓痕深度的依賴性;自動測繪的二維和三維硬度和彈性模量分布在面積為50x50mm的表面;通過劃痕試驗確定附著力;測量液體

    2.納米摩擦測量:載荷作用下的循環表面磨損;在研究表面上進行潤滑脂的納米摩擦學試驗

    3.光學顯微測量:納米力學測試領域的選擇;對象尺寸測量和高精度定位

    4.原位掃描模式:用控制負載或壓痕深度測量電流-電壓特性;納米力學測試中的電流擴展測量

    5.原子力顯微測量:接觸原子力顯微鏡(AFM);振動(半接觸)原子力顯微鏡(VAFM);掃描隧道顯微鏡(STM);高磁場顯微鏡(M-AFM);電導率和電勢顯微鏡(E-AFM);力調制(FM-AFM);橫向力顯微鏡(LF-AFM);粘滯力顯微鏡(V-AFM);粘附原子力顯微鏡(AD-AFM);光刻技術模式(AFM-LIT);根據殘余壓印測量硬度;對二維和三維地表起伏度圖像的粗糙度參數進行了擴展計算


    可測量的特征參數:壓印硬度(顯微硬度);壓痕硬度(納米硬度);彈性模量(折算楊氏模量);彈性恢復系數;附著力;涂膜厚度;機械性能的映射;機械性能與深度;力學性能vs三坐標(層析成像);微結構剛度和位移;斷裂阻力;耐用性;線性磨損強度;摩擦系數;刮傷時的側向力;表面形貌;粗糙度參數;原位電壓特性;電阻系數


    應用領域:

    材料科學,材料研究和工程:納米相與復合材料;超分散硬質合金;新型硬、超硬材料;結構納米材料:合金,復合材料,陶瓷;薄膜和涂層;碳納米材料和纖維

    能源:用于核能的納米材料;渦輪葉片涂層

    儀器工程:新型半導體材料;光學組件;微型和納米機電系統(MEMS和NEMS);用于夜視設備的微通道板;存儲設備(如硬盤驅動器);納米光刻

    醫學:牙科的新材料;納米材料植入物;生物活性涂層;支架

    汽車、飛機制造;空間研究和機械工程:新型結構和功能納米材料;機械部件耐磨涂層;刀具涂層;硬質合金刀具質量控制;金剛石及金剛石粉

    計量:利用三軸激光干涉術測量納米尺度的線性尺寸

    包裝:塑料制品的保護涂層;玻璃和金屬裝飾和功能涂層

    教育:納米壓痕和掃描探針顯微鏡實驗室課程及高級研究



                              緊湊型                                                     標準型                                                        增強型


    NIOS系列納米機械測試/納米機械測試器有三個平臺可供選擇:緊湊型,標準型,增強型。根據所選平臺的大小,該設備可能包括以下三個測量模塊中的一個、兩個:

    • 寬量程納米壓痕儀

    • 掃描納米機械測試儀

    • 原子力顯微鏡

    • 光學顯微鏡


    對NIOS標準儀器進行特殊修改后,可以配置三軸外差干涉儀,用于線性位移納米測量。根據平臺的類型,可以增加附加選項,如側向力傳感器、加熱臺、高負載選項、聲發射傳感器、往復式磨損模塊等。


    1. 寬量程納米壓痕模塊

    寬量程或儀表化的納米壓頭模塊是設計用來測量各種材料的機械性能使用廣泛的應用載荷和深度。應用范圍從足夠硬的材料(藍寶石和更硬的)到相當軟的聚合物材料、塑料和某些種類的橡膠。這種對不同類型的材料進行測量的能力是由軸的大位移范圍和加載應用方法提供的。該模塊還用于耐磨性測試和劃痕測試,可用于機械性能和粘接性能測試。使用側向力傳感器可以測量側向力和摩擦系數。


    工作模式和方法:

    儀器壓痕符合ISO 14577

    維氏硬度測量

    恒載或變載劃痕試驗(通過劃痕測量硬度)

    動態剛度的測量

    梁和膜的剛度測量

    硬度和彈性模量對壓痕深度的依賴性

    自動測繪的二維和三維硬度和彈性模量分布在面積為50x50mm的表面

    用劃痕法表征附著力

    測量液體附加選項的負載高達30 N


    技術數據:

    壓痕模塊有4種基本工作模式:

     

    左圖:不同工種模式下力和工作距離關系                                                                                                               右圖:壓痕部分卸載時的載荷位移曲線。紅色曲線:熔融石英,黑色曲線:鋼


    2. 光學顯微測量模塊

    ccd相機的單變焦視頻顯微鏡。該顯微鏡用于選擇AFM和寬量程納米壓頭/掃描納米力學測試模塊的測量位置。它也用于測量壓痕印記、微量元素、金屬內微晶體、復合材料、粉末顆粒、電子板路徑、MEMS等的尺寸。


    工作模式和方法:

    根據殘余壓印面積或劃痕寬度測量硬度

    裂紋分析(斷裂韌性)

    粒度分析

    粒度分布函數

    附加功能:

    自動對焦
    自動視場縮放
    照明謬誤修正


    技術數據:

    數字變焦到1500倍

    平滑的光學變焦變化:從0.58x到7x

    視場:從1.57 x2.09mm到0.13 x0.17mm

    工作長度:35毫米

    數字USB相機


    3. 掃描納米機械測試模塊

    該模塊是用于復雜的力學性能研究范圍內的載荷范圍為100 mN使用壓痕和劃痕方法。它也被用于材料表面的半接觸SPM方法研究。


    工作模式和方法:

    半接觸動態地形掃描

    在給定載荷或深度下的壓痕和劃痕

    劃痕硬度測量

    用殘余壓痕測量硬度

    機械性能測量根據ISO 14577儀器壓痕

    用力譜測量彈性模量

    材料和薄涂層機械性能的測量(硬度,附著力,涂層厚度)用可變載荷劃痕

    薄涂層的耐磨性測量

    表面分析

    技術數據:

    X、Y軸測量范圍不小于100um
    XY定位分辨率:2nm
    Z軸測量范圍不小于10um
    Z軸分辨率:0.2 nm
    zui大負載:100 mN
    加載分辨率:0.5 mN


    4.三軸外差激光干涉儀模塊

    干涉儀模塊用于表面結構的計量測量。輻射源為單頻穩定的He-Ne激光器(功率1 mW,波長632、991084 nm,工作8小時,光頻率的相對不穩定性不超過3*10-9)。

    該模塊用于確定其他SPMs的計量特性,提供精確的納米尺度線性尺寸測量和納米產品控制。



    工作模式和方法:

    硬件和軟件與通用測量模塊兼容

    與AFM模塊兼容的硬件和軟件

    SPM和AFM掃描模式下的表面形貌制圖




    技術數據:

    XYZ軸的測量范圍:500um

    三軸分辨率均不小于0.01 nm

    在1hz到1khz的頻帶內,干涉儀均方根的噪聲水平不超過1nm

    軸位移測量的非正交性:0.01弧度

    相移范圍:±1*104弧度

    相位位移分辨率:10-4弧度

    時間測量分辨率:1 ms

    zui大掃描速率:100um/s

    工作區域的熱量釋放不超過5W


    5.透明金剛石壓頭作為光學目鏡


    該選項允許人們獲得樣品表面研究區域的全光學圖像,包括通過應用壓痕和劃痕方法在測量期間直接進行視頻成像。


    透明壓頭納米力學測試:

    在納米力學測試(包括壓痕和劃痕)中直接觀察壓痕器下的加工過程;

    通過觀察針尖下表面的圖像來選擇測量點,節省了很多時間,因為不需要像所有現

    儀器那樣在壓頭和光學成像之間切換;

    提高定位精度(確保測試開始時物體仍在那里);

    通過壓頭進行原位光學光譜(拉曼)測量












    緊湊型:NIOS Compact是專為小樣品表面力學性能研究而設計的。該設備使用掃描探針顯微鏡,儀器壓痕和劃痕的方法,負載范圍高達100 mN。該模型用于研究亞微米和納米線性尺度下的物理力學性能。




    標準型:NIOS標準型包含了硬度、彈性模量(和其他機械參數)的測量方法。該儀器還實現了劃痕、靜態壓痕和動態壓痕。該模型提供了半接觸式表面形貌剖面的可能性。光學顯微鏡保證壓頭和樣品的高精度定位。





    增強型:NIOS Advanced是一個裝備齊全的系統,在產品線中實現了zui廣泛的方法。原子力顯微鏡功能增強了壓痕頭的功能和模式,允許研究納米分辨率的壓痕印跡。該系統具有自動測試和批量數據處理的能力。



    配置向導:

    第1步:框架尺寸













    緊湊型:200x300 mm (可安裝1個測量模塊)

    標準型:450x400 mm(可安裝2個測量模塊)

    增強型:550x450 mm (可安裝3個測量模塊)


    第2步:測量模塊













    左一:寬量程納米壓痕儀

    左二:掃描納米機械測試儀

    左三:原子力顯微鏡AFM

    左四:光學顯微鏡


    第3步:樣品臺

                       XY電動位移臺                            XY手動位移臺                            X軸位移臺                                 電動旋轉臺  


    第4步:擴展件

                    XYZ掃描臺                                   側向力傳感器                                      加熱臺                              加載擴展單元


    第5步:配件及其它

                   真空吸盤                                            探針                                    硬度計壓頭


    NIOS配置表:

    測量模塊
    緊湊型

    標準型 

    增強型
    寬量程納米壓痕儀 

    +

    ++
    光學顯微鏡-++

    原子力顯微鏡AFM

    --+
    掃描納米機械測試模塊+++
    定位平臺
    緊湊型 標準型增強型
    手動位移臺

    可選

    --
    X軸電動位移臺+--

    XY軸電動位移臺

    -++

    電動旋轉臺

    -

    -

    可選


    擴展件
    緊湊型 標準型增強型
    側向力傳感器

    -

    可選可選
    加熱臺-可選

    可選

    XYZ掃描臺

    -

    可選可選
    電氣性能

    -

    可選可選
    高負載選項可選可選可選

    附加單元和傳感器

    NIOS納米機械測試器有很多額外的單元和傳感器。這擴展了測量系統的功能,并為客戶的需求提供了zui大程度的設備適應。

    測量平臺的zui終配置取決于客戶的研究任務。

    為了處理不尋常的研究任務,有可能創造新的單位,修改現有單位和傳感器,并安裝在其他制造商的NIOS單位。


    側向力傳感器:在硬度測量和多循環磨損期間的側向力測量;摩擦學試驗中摩擦系數的測量

    原位掃描單元:金剛石壓頭表面形貌可視化的SPM模式

    加熱臺:zui高溫度:400℃;zui大加熱速率:1℃/s;溫度穩定:0.1℃;樣品zui大尺寸(WxLxH): 25x25x10mm

    電氣性能測量模塊:機械試驗期間的電流-電壓特性和電流擴散測量

    樣品臺:虎頭鉗,夾具,支撐,真空吸盤

    旋轉臺:力學性能各向異性研究;樣品定位擴展功能

    硬度計壓頭:壓頭由摻雜和高品質合成的單晶金剛石制成;Berkovich三棱錐;Knoop四面椎 ;Vickers四面錐;平面沖頭,直徑50um-2mm;具有給定半徑的球面尖端

    參照樣品:參考樣品(RS)是由一種眾所周知的材料經過特殊表面處理制成的。參考樣品用于校正NIOS裝置,并經檢驗符合既定標準。每個RS都有一個RS的護照,其中包含標準計量特征、應用說明和運輸和儲存條件。

    聚碳酸酯參照樣品:硬度:0.21±0.02 GPa;彈性模量(楊氏模量):3±0.3 GPa;粗糙度:<5 nm;尺寸:10x10x7 mm;表面處理:無

    鋁參照樣品:硬度:0.5±0.1 GPa;彈性模量:70,0±7,0 GPa;粗糙度:< 5海里;尺寸:10 x10x8毫米;表面處理:拋光、電解蝕刻

    熔融石英參照樣品:硬度:9.5±1.0 GPa;彈性模量:72.0±3.0 GPa;粗糙度:< 5海里;尺寸:7 x10x4毫米;表面處理:深磨-拋光

    藍寶石參照樣品:硬度:24.5±2.5 GPa;彈性模量:415.0±35.0 GPa;粗糙度:< 5海里;尺寸:25×5毫米;表面處理:epi拋光



    測量分析套件:

    準靜態儀器壓痕測試是NIOS器件的基本功能。該算法基于對壓痕載荷位移數據的測量和分析。這項技術是國際硬度測試標準ISO 14577的基礎。載荷(P)與深度(h)的典型實驗曲線包括加載和卸載部分。


    典型載荷-位移曲線(a)和壓頭與表面接觸曲線圖(b),硬度和彈性模量計算參數如圖所示。


    彈性模量降低Er計算從zui初的卸載曲線的斜率和接觸面積Ac。定義的接觸面積是依賴pre-calibrated區域的交流(hc)接觸深度hc,進而計算出的zui大壓痕深度hmax和卸載斜率S附加參數β占硬度計壓頭的axis對稱小費。根據壓頭材料性質和試樣泊松比,用Er計算試樣的壓縮楊氏模量。


                      



    1. 多相材料研究

    多相材料性能研究涉及壓頭在表面特定區域的精確定位,相應的單個部件。NIOS納米機械測試機結合了掃描探針顯微鏡和硬度計的功能。

    該裝置可獲得多相樣品的三維表面形貌圖像,然后通過與所得到圖像的連接指定測量位置。

    壓頭在測量時相對于表面的定位精度在XY平面上約為10nm。

    示例:D16鋁合金。表面形貌:壓痕前(a),壓痕后(b),不同性質相的載荷-位移曲線(c)。