Разработка и исследование методов и средств измерений линейных размеров и твердости с применением полуконтактной сканирующей зондовой микроскопии и наноиндентирования

• Автор: Соловьев, Владимир Витальевич
• Шифр специальности: 05.11.15
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 152 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ
1. АНАЛИЗ МЕТРОЛОГИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ И МЕХАНИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН НА МИКРО- И НАНОМЕТРОВЫХ МАСШТАБАХ ЛИНЕЙНЫХ РАЗМЕРОВ

1.1. Измерение геометрических величин на микро- и нанометровых

МАСШТАБАХ

1.1.1 Оптическая микроскопия

1.1.2 Сканирующая микроскопия ближнего поля

1.1.3 Растровая электронная микроскопия

1.1.4 Сканирующая туннельная микроскопия

1.1.5 Атомно-силовая микроскопия

1.1.6 Лазерная интерферометрия

1.2. Измерения механических величин на микро- и нанометровых МАСШТАБАХ

1.2.1 Метрологическое обеспечение измерений механических величин
1.2.2 Средства измерения механических величин на нанометровых масштабах
1.2.3 Методы определения твердости
1.2.4 Обеспечение единства измерений механических величин на нанометровых масштабах линейных размеров
1.3 Выводы
2: РАЗРАБОТКА МЕТРОЛОГИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ РАБОТЫ СЗМ «НАНОСКАН-ЗД» В РЕЖИМЕ ИЗМЕРЕНИЙ
ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН
2.1 Описание СЗМ «НаноСкан-ЗД»
2.1.1 Конструкция измерительной системы СЗМ «НаноСкан-ЗД»
2.1.2 Отличительные особенности и основные функциональные возможности СЗМ «НаноСкан-ЗД»
2.1.3 Режимы измерений, реализуемые СЗМ «НаноСкан-ЗД»
2.2 Анализ составляющих погрешности измерений при работе СЗМ «НаноСкан-ЗД» в режиме измерения геометрических величин
2.3 Методы и средства поверки (калибровки) «НаноСкан-ЗД»
2.4 Выводы
3. РАЗРАБОТКА МЕТРОЛОГИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ РАБОТЫ СЗМ «НАНОСКАН-ЗД» В РЕЖИМЕ ИЗМЕРЕНИЙ
МЕХАНИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН
3.1. Система контроля прикладываемой нагрузки СЗМ «НаноСкан-ЗД»
3.2 Методы и средства юстировки (калибровки) СЗМ «НаноСкан-3 Д» в
КАЧЕСТВЕ С1Т МЕХАНИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН В НАНОМЕТРОВОМ ДИАПАЗОНЕ
3.3 Методы измерения механических свойств, реализованные на СЗМ «НаноСкан-ЗД»
3.4 Метод измерительного динамического индентирования (ИДИ)
3.4.1 Требования к процедуре проведения измерений методом ИДИ
3.4.2 Построение математической модели. Оценка погрешности метода
3.5 Метод измерения твердости по площади восстановленного ОТПЕЧАТКА
3.5.1 Требования к процедуре проведения измерений площади ВОССТАНОВЛЕННОГО ОТПЕЧАТКА
3.5.2 Реализация метода в работе СЗМ «НаноСкан-ЗД»
3.5.3 Оценка погрешности метода
3.6. Выводы
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ОЦЕНКА ПРИБОРНОЙ ПОГРЕШНОСТИ СЗМ «НАНОСКАН-ЗД»
4.1 Эксперимент по оценке метрологических характеристик СЗМ «НаноСкан-ЗД» при измерении геометрических величин
4.2 Эксперимент по оценке метрологических характеристик СЗМ «НаноСкан-ЗД» при измерении механических величин
4.3 Выводы
5. РАЗРАБОТКА НОРМАТИВНОЙ“ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ
МЕТРОЛОГИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ И МЕХАНИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН НА ПРИМЕРЕ СЗМ «НАНОСКАН-ЗД»
5.1 Разработка мер (стандартных образцов) для проведения калибровки СЗМ «НаноСкан-ЗД» в режиме измерения механических свойств В НАНОМЕТРОВОМ диапазоне
5.2 Разработка МВИ геометрических и механических величин в
нанометровом диапазоне с использованием СЗМ «НаноСкан-ЗД»
5.3 Разработка нормативной документации по обеспечению единства измерений геометрических и механических величин в нанометровом диапазоне
5.4 Выводы
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ А ПРИЛОЖЕНИЕ Б ПРИЛОЖЕНИЕ В
этот материал практически не образует навалов при индентировании. Таким образом, представляется возможность обеспечить прослеживаемость значений твердости от существующего государственного эталона микротвердости по Виккерсу к приборам, реализующим метод
измерительного динамического индентирования (нанотвердомерам). В этом случае для передачи значений твердости, как правило, используют меры из плавленого кварца. Более подробно метод ИДИ будет рассмотрен в главе 3.
1.2.3 Методы определения твердости.
В настоящее время наиболее широкое распространение получили контактные методы, основанные внедрении твердого наконечника известной формы (индентора) в поверхность испытуемого материала. В данной главе будут рассматриваться только методы квазистатического индентирования: Бринелля [30], Виккерса [31] и Роквела [32], а также метод измерительного динамического индентирования [34-38].
В методах Бринелля и Виккерса значение твердости' определяется по размеру отпечатка, оставленного индентором, а в методе Роквелла по глубине проникновения индентора в поверхность. Различные методы измерения твердости отличаются друг от друга формой применяемого индентора, а также алгоритмом определения числа твердости исходя из параметров отпечатка. Для всех стандартизованных методов измерений на геометрические параметры индентора наложены жесткие требования.
Методы определения твердости можно классифицировать следующим образом:
1. Методы, основанные на вдавливании жесткого наконечника в виде шара, конуса, пирамиды, цилиндра, лезвия и т. и. в испытуемое тело, обычно с плоской поверхностью. По скорости приложения нагрузки методы вдавливания разделяются на статические, в том числе длительные (для изучения ползучести), и динамические. К динамическим относятся и такие методы, в основе которых лежит измерение величины упругого отскока.