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asmec アルテック株式会社
製品特徴
1.ラテラルフォースユニット(LFU) 4.ノイズレベル
2.ノーマルフォースユニットとラテラルフォースユニットの構造 5.サーマルドリフトとゼロポントの補正
3.光学系 6.サイクリック測定
1.ラテラルフォースユニット(LFU)

多くの製品の表面は、外部から力学的刺激を受ける事を考慮し、PVD、CVD、ALDなどの製膜方法で保護膜を形成しています。保護膜には十分な物理強度が要求され、材料力学特性の評価が必要となります。
このような評価にはナノインデンテーション試験が行われています。通常の測定原理はノーマルフォース(垂直荷重)により硬度やヤング率を算出するものですが、この方法だけでは摩擦磨耗、密着強度、膜の破壊が発生する臨界荷重などの評価ができず、耐久性に関する情報が得られません。
このような問題を解決する為、ドイツASMEC社はラテラルフォースユニット(LFU, Laterail Force Unit)を開発しました。ASMEC社のナノインデンターUNAT(Universal Nanomechanical Tester)はノーマルフォース(垂直荷重)に加え、ラテラルフォース(水平荷重)での測定が可能な為、より多くの材料力学特性の情報を得る事ができます。

材料力学特性の評価

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2.ノーマルフォースユニットとラテラルフォースユニットの構造

ノーマルフォースユニット

ピエゾによる垂直荷重の発生部位と、センサーによる測定部位が完全に切り離されており、正確な測定を行う事ができます。又、頑丈なつくりになっておりオーバーロードでもセンサーが壊れる事はありません。

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従来の方式(ノーマルフォースユニットとの比較になります)

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荷重の発生部位と、センサーによる測定部位が切り離されておらず、同じシグナルを使用しています。

ラテラルフォースユニットとオプションのAFMを組み込んだ装置全体図
ラテラルフォースユニットも又、ピエゾによる水平荷重の発生部位と、センサーによる測定部位が完全に切り離された構造になっています。

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3.光学系

高倍率カメラと低倍率カメラを内蔵し画面サイズの切替が可能です。

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4.ノイズレベル
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レゾリューションの値はADコンバーターのビット数と測定レンジから算出される理論上の値である事が多く、純粋な比較にならない事が多々あります。このためSN比が実質的に重要になってきます。UNATのSN比は非常に高く106です。
図1は最大荷重2000mNを400秒以上維持したものです。平均は2000.001mNで標準偏差は2μNです。

図1:最大荷重2000mNを400秒以上維持した時の荷重シグナルのノイズ
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5.サーマルドリフトとゼロポイントの補正
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サーマルドリフトの自動補正機能

ゼロポイントの自動補正機能

ナノインデンテーションの測定精度向上にはサーマルドリフトとゼロポイントの補正が必須となります。
ASMEC社はヨーロピアンプロジェクトで証明されたソフィスティケイトされた補正ソフトを開発しています。

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6.サイクリック測定

基板上の薄膜コーティングの場合、引張試験など適用できないため降伏力の正確な測定は非常に難しくなります。しかしながら、サイクリック測定を行う事によって測定が可能になります。サイクリック測定は、薄膜に対して球面の圧子を用い、押し込みの荷重を増加させていくサイクル(Load)と、その最大荷重の30%まで荷重を減少させるサイクル(Unload)を交互に行い、試料の塑性変形が始まった場合は、下図のようにLoadとUnloadの曲線が離れはじめる事から降伏点を求める方法です。

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2.1μm厚のDLCをスチールにコーティングした試料に対するサイクリック測定の例。荷重が約6mNでLoad - Unload曲線が離れ始めます。UnloadはLoadの30%の荷重なので20mNが降伏点となります。

T.Chudoba et al. /
Surface and Coatings Technology 154(2002)140 - 151

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