Vakuum-Nanoindenter

NanoTest Xtreme von Micro Materials

Der Nanoindenter NanoTest Xtreme ist der erste kommerziell erhältliche Vakuum-Nanoindenter, der Messungen in einem einzigartigen Temperaturbereich erlaubt. Hauptanwendungen liegen im Bereich der Hochtemperatur-Nanoindentation bei denen die Unterdrückung der Oxidation der Probe, wie auch des Prüfkörpermaterials unabdinglich sind.

Features
Lastbereich von 10 µN bis 30 N
Neben der Standard-Nanoindentation können eine Reihe weiterer Prüfverfahren zur Simulation der Kontaktmechanik durchgeführt werden
Konkurrenzloser Temperaturbereich von -100 °C bis 950 °C
Variation der Umgebungsbedingungen ermöglicht Simulation der realen Einsatzbedingungen
Vorbereitet für Einsatz im Vakuum für Anwendungen mit extrem hohen Temperaturen

Das System NanoTest Xtreme ist das Ergebnis einer fast ein Jahrzehnt andauernden Forschung, konstanter Produktentwicklung sowie einer engen Partnerschaft mit derzeitigen Anwendern. Als Antwort auf die Herausforderungen, die sich bei hohen Temperaturen oberhalb von 700°C stellen, wie z.B. die Oxidation der Probe, hat Micro Materials im Februar 2014 sein Vakuum-Hochtemperatur-Nanoindentationssystem vorgestellt. Dieses einzigartige System ist derzeit das einzige auf dem Markt erhältliche Nanoindentations-System mit einem Temperaturbereich von -100 °C bis 950 °C und mehr. Ähnlich wie das NanoTest Vantage ist dieses System eine universelle Plattform für unterschiedliche Prüfverfahren zur Charakterisierung der mechanischen Eigenschaften von Oberflächen und Dünnschichten, sowie zur mechanischen Analyse der Mikrostruktur von Werkstoffen. Dank der modularen Bauweise des Systems können alle Messmodule miteinander kombiniert und das System an spezielle Anwendungen angepasst werden.

Der äußerst glatte Aluminiumrahmen in Verbindung mit einer neuen, hoch auflösenden Elektronik ermöglicht noch genauere Messungen mit maximaler Kraft- und Wegauflösung und niedrigsten Driftraten. Damit können hoch präzise Messungen jetzt noch schneller als je zuvor durchgeführt werden. Im System sind alle notwendigen Vakuumkomponenten (Vakuumkammer, Turbopumpe, Durchführungen, etc.) enthalten, wobei das System schlüsselfertig in eine Vakuumkammer installiert wird.

Das spezielle Pendeldesign gewährleistet eine voll modulare Konfiguration bei ausgezeichneter Systemperformance in Übereinstimmung mit den Anforderungen nach ISO 14577 und ASTM 2546. Der Nanoindenter NanoTest hat von allen Systemen auf dem Markt die niedrigste Driftrate, sowohl bei Raumtemperatur als auch bei erhöhten Temperaturen. Damit kann zur Messung ein breiter Bereich von Belastungsraten eingeleitet werden. Neben dem bekannten Nanoindentations-Verfahren stehen als Option weitere Prüfverfahren wie z.B. Kratz- und Verschleißtests, Nano-Impact- und Ermüdungstests mit hohen Dehnungsgeschwindigkeiten, sowie Nano-Frettingtests zur Verfügung, wodurch die Palette möglicher Prüfverfahren zur Simulation der Kontaktmechanik der Endanwendung noch weiter ergänzt wird.

Lastbereich:

  • 10 µN – 500 mN Nano-Lastkopf
  • 300 mN – 30 N Mikro-Lastkopf

Messoptionen:

  • Nanoindentation / Nanohärteprüfung
  • Mikroindentation / Mikrohärteprüfung
  • Nanokratztests mit simultaner Reibungsmessung
  • Nano-Impaktversuche

Temperatur-Optionen:

  • Hochtemperatur bis 950°C
  • Tieftemperatur bis -100°C
  • Vakuumgüte 10-5 mBar
  • Möglichkeit die Vakuumkammer mit Schutz-/Reaktionsgas zu füllen

Temperaturoptionen beinhalten unabhängige Beheizung des Prüfkörpers, wie auch der Probe für isothermischen Kontakt.

Imaging Optionen:

  • Hochtemperatur-Optik
  • SPM – Imaging
Nanoindentation (Nanoindentierung)

Der Nanoindenter NanoTest ermöglicht schnelle und hoch präzise Nanoindentations-Versuche zur Bestimmung von Werkstoffeigenschaften wie z.B. Nanohärte, E-Modul, Kriechverhalten u.ä. Eine typische Anwendung, die auch der Entwicklung dieses Systems vor 30 Jahren zu Grunde lag, ist die Messung der mechanischen Eigenschaften dünner Beschichtungen. Dank moderner Technologie und der hohen Genauigkeit des Systems können auch Mehrphasenwerkstoffe analysiert und die Mikrostruktur von Werkstoffen untersucht werden.

  • Bestimmung von Härte & E-Modul mittels Nanoindentation nach ISO-Standards mit Hilfe der Oliver-Pharr-Methode
  • 3D-Mapping der mechanischen Eigenschaften zur Darstellung der verschiedenen Phasen/Probenhomogenität
  • Last-Partielle-Entlastzyklen zur Charakterisierung von Härte und E-Modul als Funktion der Tiefe
Nano-Ritz- und Veschleißprüfungen

Nano-Ritz- und Verschleißprüfungen bieten die Möglichkeit von Haft- und Reibungsprüfungen (simultane Messung der Reibungskoeffizienten) über den gesamten Lastbereich. Die Option kann auch in Verbindung mit dem Hochtemperaturmodul, sowie der Flüßig- und Luftfeuchtigkeitszelle eingesetzt werden.

Aufgrund der extrem hohen lateralen Steifigkeit der Lastköpfe gegen über anderen Nano-Härteprüfern ist auch die Durchführung von Ritztests und Bestimmung von verlässlichen Reibungskoeffizienten auf sehr rauen Proben möglich.

Nano-Impakt- und Nanoermüdung

Der Nano-Impakt-Test ist ein patentiertes Prüfverfahren von Micro Materials und ermöglicht Prüfungen mit hohen Dehnungsraten, mit denen die Möglichkeiten standardmäßiger Nanoindentationsprüfungen erweitert werden können. Das Verfahren ermöglicht die Analyse der "dynamischen Nanohärte" und erlaubt die Bestimmung der von einem Werkstoff aufgenommenen Schlagenergie. Wiederholte Schlagprüfungen zeigten eine überzeugende Korrelation bei der Bewertung von harten Schneidewerkzeugbeschichtungen. Die Option kann auch in Verbindung mit dem Hochtemperaturmodul eingesetzt werden.

Hochtemperatur-Nanohärteprüfung

Hauptmotivation der Entwicklung des neuartigen Vakuum-Nanoindenters NanoTest Xtreme war der Zugang zu noch höheren Temperaturen.

Für eine Vielzahl von Materialien, gerade im Hochtemperaturbereich ist eine inerte Gasatmosphäre schlichtweg nicht ausreichend um die Probenoxidation ausreichend zu unterdrücken. Folglich lag der Schritt nahe, den Nano-Härteprüfer NanoTest in eine Vakuumkammer zu integrieren.

Der derzeit zugängliche Temperaturbereich beträgt -100°C bis hin zu + 950°C und erlaubt somit die Materialprüfung in einem für Nano-Härteprüfer einzigartigen Temperaturbereich, welcher in naher Zukunft auf über 1000°C erweitert werden soll.

Die patentierte Kontrollmethode, wie auch die bewährte separate Prüfkörper- und Probenheizung wurden selbstverständlich beibehalten.

Einige typische Applikationen der Hochtemperatur-Nanohärteprüfung sind:

  • Optimierung des Verschleißes von Werkzeugbeschichtungen
  • Untersuchung von Materialien für Kernreaktoren: u.a. Plasma-Wand-Interaktion
  • Bestimmung der mechanischen Eigenschaften von Wärmedämmschichten
  • Charakterisierung von Werkstoffen und Metallen bei hohen Temperaturen

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