Handbuch der Nanoanalytik Steiermark 2005 - lamp.tugraz.at

Methoden
M20: Nanoindentierung
M20: Nanoindentierung
Die Methode der Nanoindentierung ist von der Als Ausgangspunkt für die Berechnung von
klassischen Härteprüfung abgeleitet, bei der ein Härte und elastischem Modul dienen sogenannte
harter Prüfkörper (üblicherweise eine Diamantspitze)
in das zu untersuchende Material gedrückt wird. me, s. Abb. 1). In der Praxis werden auswertba-
„load-displacement-curves“ (Kraft–Weg-Diagram-
Bei gegebener Eindruckkraft ist die Größe des re Versuche bis zu Eindringtiefen von nur 10 nm
bleibenden Eindrucks ein Maß für die Härte des durchgeführt, diese untere Grenze hängt allerdings
untersuchten Materials. Als Härte wird der Quotient
Kraft durch Kontaktfläche zwischen Indenter Es können lokale mechanische Eigenschaften von
stark von der Rauigkeit der Probenoberfläche ab.
und Material definiert. Da es bei einer extremen Probenvolumina im Submikrometer- und Nanometerbereich
gemessen werden. Ein verbreite-
Miniaturisierung eines solchen Versuchs schwierig
bis unmöglich wird, die Fläche des verbleibenden tes Anwendungsgebiet der Nanoindentierung ist
Härteeindruckes zu messen, hat man eine andere
Methodik entwickelt: Während des Versuchs Schichten, da hier sehr kleine Eindringtiefen erfor-
die mechanische Charakterisierung von dünnen
werden aufgebrachte Kraft und Eindringweg der derlich sind, um den Einfluss des Grundmaterials
Spitze simultan gemessen. Dies ermöglicht bei (Substrats) auf die Messergebnisse zu vermeiden.
bekannter Geometrie der Spitze die Ermittlung der
Kontaktfläche bei einer bestimmten Last, woraus Seit etwa 10 Jahren wird ein Nanoindentiergerät
kommerziell angeboten, das Nanoindentierung
die Härte unmittelbar berechnet werden kann.
Durch die Messung des Weges kann nun nicht mit Rasterkraftmikroskopie kombiniert, indem ein
nur die Härte als Maß für den Widerstand eines Nanoindenteraufsatz (s. Abb. 2) auf dem Scannerkopf
eines Rasterkraftmikroskops montiert wird. Die
Materials gegen plastische (bleibende) Verformung
bestimmt werden, sondern auch die (elastische) Messspitze dient dabei sowohl zur Indentierung als
Steifheit des Materials.
auch zur Abbildung der Oberflächentopographie
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Abbildung 1:
Kraft–Weg-Diagramm.
Abbildung 2:
Nanoindenteraufsatz.
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