PTB – Nanoindentor mit Mikroabmessungen

Unter den Verfahren zur Charakterisierung der mechanischen Eigenschaften kleiner Werkstoffvolumina hat die instrumentierte Eindringprüfung im Nanobereich Alleinstellungsmerkmale vorzuweisen.

Die Fortschritte in der Nanotechnologie haben das Interesse an einer Verbesserung des Verfahrens deutlich verstärkt. Der MEMS-basierte Nanoindentor (mikroelektromechanisches System) ermöglicht das Ermitteln von Eindringtiefe und -kraft in einem Arbeitsschritt.

Die Forschung der letzten Jahre hat das Grundprinzip, Prüfverfahren und Datenanalyse der instrumentierten Eindringprüfung im Nanobereich etabliert. Eine neue Herangehensweise ermöglichte die Entwicklung der nächsten Generation von Nanoindentoren. Das hier präsentierte, neuartige Verfahren beruht auf der gleichzeitigen Messung von Prüfkraft und Eindringtiefe, wobei die Auflösung der Prüfkraft bis in den Bereich von nN reicht, die der Eindringtiefe beträgt sogar 1 nm oder noch weniger.

Als eine der wesentlichen Komponenten wird die Krafterzeugung hier mit einem elektrostatischen Kammantriebsaktuator realisiert, der die erforderliche Prüfkraft mit hoher Auflösung generiert. Das zweite Merkmal ist der integrierte eindimensionale Scan-Mechanismus. Dieser ermöglicht, die Oberflächen-topografie der Probe und das Bild des erzeugten Eindrucks aufzunehmen. Die Abbildung zeigt einen Ausschnitt des Aufbaus des auf einem MEMS beruhenden Nanoindentors.

Ein Kammantrieb dient zur Realisierung der vertikalen Bewegung des in die Probe gedrückten Eindringkörpers. Dieser Antrieb ermöglicht das Aufbringen der allmählich gesteigerten Prüfkraft und die gleichzeitige Messung der Eindringtiefe des Körpers.

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