英国MML（微）纳米材料力学性能综合测试系统 NanoTest Vantage

       

 

设备用途

NanoTest Vantage（微）纳米材料力学性能综合测试系统可以完成微纳米尺度上材料力学性能测试和表征，用于产品的研究和开发。可以用于混凝土、金属材料和生物材料的纳米压痕、纳米划痕、纳米冲击和疲劳等纳米特性测试，获得与服役相关条件下的硬度、模量、蠕变、屈服、塑性功和弹性功、纳米磨损性能、粘结失效、断裂韧性、冲击性能、接触疲劳强度、以及温度、湿度、液体等环境因数对材料性能的影响。

 

标准配置模块及技术指标

 

1. NanoTest Vantage 测试平台

  1.1. 高刚度花岗岩测试平台，采用线性编码器的自动样品驱动

     1.1.1. 精密移动样品、实现样品在显微镜和载荷压头之间的自动切换

     1.1.2. X 方向分辨率和移动范围：0.02m/50mm

     1.1.3. Y 方向分辨率和移动范围：0.02m/400mm

     1.1.4. Z 方向分辨率和移动范围：0.02m/50mm

     1.1.5. 样品厚度：150mm

     1.1.6. 用户能够同时放置多个样品，样品之间的高度差可达 40mm

 

1.2. 振动隔离系统[防震台]

   1.2.1. 共振频率：0.5 Hz

   1.2.2. 全机械式的、无源系统 passive system

   1.2.3. 无需压缩空气，免维护

 

1.3. 环境控制柜，带有主动温度控制系统

 

1.4. 不间断电源

 

1.5. 多物镜光学显微镜]

   1.5.1. 高分辨率的金相显微镜，配备 4 个物镜：

     

   1.5.2. 自动转塔实现远程的放大倍数之间的切换

   1.5.3. 3MP 彩色数字照相机

   1.5.4. 压头-显微镜之间自动切换

   1.5.5. 显微镜-压头之间的回位精度：0.4m

 

1.6. NanoTest NTX4 系统控制器，配备必要的连线和接头

 

1.7. Dell 计算机：

   1.7.1. 2.93 GHz 双核处理器、2GB RAM、160GB 硬盘或者更好

   1.7.2. 两个 17 英寸 LCD 平板显示器

   1.7.3. 256mB ATI 双视频输入(DVI/VGA)图形卡

   1.7.4. Dell 金牌技术支持：3 年隔天现场保修服务

 

1.8. Platform 4 软件包：用于仪器控制、试验设计和数据分析：

   1.8.1. 密码管理、两级进入：

    1.8.1.1.标准级别：常规工作、允许受限制的试验定义

    1.8.1.2.管理员级别：可以定义特殊的试验、仪器校准和设置

   1.8.2. 存盘或者调出以前的试验设置用于快速的重复试验

   1.8.3. 可以定义多达 100 个试验 (每个试验包含 400 点阵)、试验按序自动测试

   1.8.4. 所有数据是以原始数据的格式存盘并用于随后的试验分析

   1.8.5. 记录试验参数，并可用于随后的检查和编辑

   1.8.6. 试验数据允许多种文件格式输出、用于第三方的应用

   1.8.7. 通过 Micro Materials Ltd (MML)网站实现免费的软件升级

   1.8.8. 允许免费从 Micro Materials Ltd (MML)网站下载额外的分析软件用于远程的数据分析

 

2.纳米力学测试锤

  2.1. 采用线圈/永磁体的高精度电磁驱动加载系统

  2.2. 载荷指标:

  2.2.1. 载荷：500mN

  2.2.2. 载荷分辨率：3nN

  2.2.3. 典型的噪音水平：<50nN

  2.2.4. *小接触力：1 N, 用户根据不同的样品通过软件来设置为 0

  2.3. 位移测量采用校准的电容位移传感器

 

2.4. 位移指标：

2.4.1. 位移：20μm 或者 100µm (客户任选)

2.4.2. 位移分辨率：0.001nm

2.4.3. 典型的位移噪音水平：<0.2nm

 

2.5. 位移热漂移速度: 0.004nm/s 或者更好

2.6. 仪器框架刚度：5x106 N/m

2.7. 熔融 SiO2 标准样品用于仪器性能监测

2.8. 符合 ISO 14577-1，2，3，4 标准； 用户自己可以对仪器进行载荷、深度、金刚石探头面积函数和框架柔性等 4 项 ISO 14577 规定的基础指标进行标定

 

3. 微米力学测试锤 [可以将一台仪器扩展两台仪器：可以完成纳米力学和微米力学测试]

3.1. 采用线圈/永磁体的高精度电磁驱动加载系统

3.2. 微米力学测试锤/加载头永久性安装在纳米力学测试锤/加载头旁边、随时可用

3.3. 载荷指标：

3.3.1. 载荷：20N

3.3.2. 载荷分辨率：50nN 或 更好

3.3.3. 典型的噪音水平：100nN

3.4. 位移测量采用可追踪、校准的平行板电容器

3.5. 位移指标：

3.5.1. 位移：100μm

3.5.2. 位移分辨率: 0.005nm

3.6. 热漂移速率: 0.004nm/s 或更好

3.7. 钢标准样品用于仪器的性能监测

 

4. 纳米压痕测试模块

4.1. MML 软件自动分析程序用于测量：

4.1.1. 硬度

4.1.2. 模量

4.1.3. 硬度和模量 vs（压入）深度曲线

4.1.4. 长期蠕变

4.1.5. 塑性功和弹性功、塑性指数

4.1.6. 应力/ 应变信息

4.1.7. 推出力

4.1.8. 微米柱压缩力

4.2. 可以获得并显示：

4.2.1. 未经修正的原始数据

4.2.2. 统计数据和归一化的数据

4.2.3. 硬度和模量 2D 和 3D 图

 

4.3. Berkovich 金刚石压头 (更换时间 <1 分钟)

4.4. 提供完整的可编译的加载和卸载速率以及接触速度

4.5. 控制载荷和深度的试验，可以设定深度、载荷或才首次测试结束条件等选项。

4.6. 程序加载/卸载软件模块允许在同一个压入位置执行多次的加载/卸载循环，获得硬度/模量随深度的变化信息。

4.7. 压痕试验采用线性加载速率，可以获得恒定应变速率的压痕试验。

4.8. 程序可以在一个或者多个样品的指定位置，定义多达 100 个试验，每个试验包含 400 压入点阵，试验会在设定的时间点自动启动、执行，因此保证仪器能够 24 小时/7 天基础上的连续运行，获得的测试能力。

4.9. 完全兼容低载荷（纳米力学测量）和高载荷（微米力学测量），实现二者满载荷量程的测量。低载荷（纳米力学测量）和高载荷（微米力学测量）各配备一个专用的 Berkovich 金刚石压头。

 

四：选件模块及其技术指标

以下部件可以在初次采购设备时一并购买，也可将来升级

5. 纳米划痕和磨损（纳米摩擦学）模块

5.1. 完全兼容低载荷（纳米力学测量）和高载荷（微米力学测量），实现二者满载荷量程的测量。

5.2. （纳米力学测量）加载力：500mN。

5.3. 顶端半径为 5μm 的球形金刚石划头(或者其他类型的测试探头)。

5.4. 划擦速率范围：0.1 to 100µm/s。

5.5. 可设定的载荷变化速率。

5.6. 磨损测试模式允许 “加载”或“卸载”深度 vs 划擦距离曲线。

5.7. 程序可以在一个或者多个样品的指定位置，设定的时间点自动启动、执行多次形貌和划痕试验。

5.8. 预览按钮（preview button）可以在试验设置时，调节并优化扫描速度、扫描长度、加载速率和划擦载荷。

5.9. 可以获得并显示的划痕数据：

5.9.1. 未经处理的原始数据。

5.9.2. 临界划擦载荷。

5.9.3. 载荷/深度 vs 距离曲线。

5.10.摩擦力测量单元：

5.10.1.加载力：200mN。

5.10.2.典型摩擦载荷分辨率：10µN.

5.10.3.扫描长度：10mm.

5.10.4.配有温度补偿传感器的摩擦力传感器。

5.10.5.超稳定摩擦力测量

5.10.6.可以获得并显示的摩擦力摩擦力数据:

5.10.6.1.表面粗糙度统计数据

5.10.6.2.摩擦系数 vs 时间曲线。

 

6. 纳米冲击和疲劳测试模块

6.1. 包括如下两种纳米冲击标准测试方法：

6.1.1. 高周疲劳纳米冲击测试

6.1.2. 摆锤脉冲模式

 

 6.2. 高周疲劳纳米冲击测试可在一点或多点进行冲击测试；包括压电驱动样品台振动、信号发生器、信号扩大器和数据分析，完成冲击和接触疲劳测试。 

6.2.1. 压电驱动样品振动。与压头施加的静载荷的大小，疲劳或冲击研究有关

6.2.2. 频率范围 500Hz

6.2.3. 振幅 5μm

 

6.3. 摆锤脉冲模式可定量测量在粘结失效前的总能量；可用于低周疲劳以获取材料的韧性。另外，也可完成加速疲劳磨损和动态硬度测试。

6.3.1. 系统用 A/C 螺线管控制摆锤运动的频率、振幅和加速度。

6.3.2. 动态硬度测试和纳米冲击的频率：0.5Hz

6.3.3. 静态加载：100mN

6.3.4. 加速距离：36μm [纳米冲击]、90μm [微米冲击]。

6.4. 可以在单次试验进程中预设定获取 100 次试验（每次试验至少包括 100 个数据分析点）。

6.5. 这一测试模块可用于获取金属材料、陶瓷材料、刀具涂层和聚合物的疲劳性能。

6.6. 包括一个方形金刚石压头。

 

7. 微震磨损模块

7.1. 往复的纳米抗磨，适用于横向振荡，同时保持恒定的法向力

7.2. 测量参数：

7.2.1. 传统的微震磨损

7.2.2. 由微震磨损过渡到小范围划动摩擦

7.2.3. 单层或多层涂层的连续磨损机制

7.3 频率范围：5-20Hz

7.4 微震磨损轨迹：5m

7.5 划痕轨迹：20 m

7.6 载荷范围：1-500mN（纳米力学测试）

7.7 压头为大曲率半径的球形压头（200µm 直径）

 

8. DMA 动态力学性能测量

8.1. 对于存储模量和损耗模量的测试，压痕测试会使得弹性系数和弹性模量的获取变得复杂，而弹性系数和弹性模量是聚合物样品表面/近表面的能量阻尼性能指示参数

8.2. 固定在放大器和样品振动系统上以在样品表面进行震动，并允许在连续的基底上进行测试

8.3. 振荡频率范围：0.1Hz～250Hz

8.4. 振幅：亚 nm～50nm

8.5. 只与纳米力学测试模块兼容

 

9. 500℃高温样品控制系统

9.1. 加热温度：500C

9.2. 压头和样品独立控温，压头和样品是等温接触，测试过程中没有热流

9.3. 温度控制系统，确保压头和样品接触前处于热平衡状态

9.4. 配有加热挡板，以减少对仪器其余部位的热辐射

9.5. 带有尖端加热器的 Berkovich 压头

9.6. 测量区域范围：16mm x 16mm

9.7. 500 C 下位移热漂移速度： 0.01 nm/sec.

9.8. 兼容压痕测试、划痕测试和冲击测试模块.

 

10. 高温扩展模块（第二根摆锤）

10.1.针对第二根摆锤的热辐射挡板

10.2.高温压头一个

 

11. 高温扩展模块（750C）

11.1.温控区间：500°C ～ 750°C

11.2.氮化硼压头，独立的压头加热器

11.3.水循环冷却系统

11.4.只适用于纳米力学测试模块

11.5.推荐同时配备气氛保护模块

 

 

12. 气氛保护

12.1.通入保护气体以减少测试环境中氧或水分的含量

12.2.专门的气体管路，可以使用 N2 或 Ar

12.3.一套氧检测器，监控测试环境中的氧含量

 

13. 液体样品池

13.1.硼硅酸盐玻璃液体池和压头适配器，保证样品和压头完全浸入液体中进行测试

13.2.系统自动切换进行预存储的液体校准

13.3.包括 Berkovich 压头。

 

14. 低温样品控制系统

14.1.控温方式：3 段 Peltier

14.2.温度范围：室温（或者 20） ~ -20C

14.3.控温精度：0.15 degC (与温度有关)

14.4.Peltier 冷却压头，压头和样品是等温接触，测试过程中没有热流

14.5.低温样品台兼容压痕、划痕、磨损、冲击（样品振动）等。

 

15. 高温显微镜

15.1.物镜沿着测试摆锤固定

15.2.标准物镜配置（6x, 20x），可扩展至 5 个物镜配置（4x,6x,10x,20x,40x）

       

 

15.3.3MP 彩色数字照相机

15.4.压头-显微镜之间自动切换

15.5.显微镜-压头之间的回位精度：0.4m

 

16. 单模式原子力显微镜（AFM）

16.1.接触模式：恒力模式，恒高模式，力调制模式，扩展电阻模式。

16.2.扫描模式：前进扫描&后退扫描 模式/ 帧向上、向下或连续模式 / 恒高模式，这些扫描模式同时

存在于接触模式和非接触模式中。

16.3.旋转和倾斜角度：0～360°，硬件 X 和 Y 的斜率补偿功能。

16.4.数据显示：用户可定义的所有通道的轮廓图和色彩图

16.5.扫描范围：

       

16.6.通过自动的自我调整，使悬臂排成直线。

16.7.自动驱近距离：4.5mm。

16.8.通过双透镜系统观察样品（顶部和侧面进行观察）

 

17. 双模式原子力显微镜（AFM）

17.1.接触模式：恒力模式，恒高模式，力调制模式，扩展电阻模式。

17.2.非接触模式：恒力模式，恒高模式，相位模式，电磁力模式，静电力模式

17.3.扫描模式：前进扫描&后退扫描 模式/ 帧向上、向下或连续模式 / 恒高模式，这些扫描模式同时存在于接触模式和非接触模式中。

17.4.谱图：力-距离，力-电压，振幅-距离，相位-距离，电流-电压，电流-距离。

17.5.旋转和倾斜角度：0～360°，硬件 X 和 Y 的斜率补偿功能。

17.6.数据显示：用户可定义的所有通道的轮廓图和色彩图

17.7.扫描范围：

        

17.8.通过自动的自我调整，使悬臂排成直线

17.9.自动驱近距离：4.5mm。

17.10.通过双透镜系统观察样品（顶部和侧面进行观察）

17.11.包括弹性系数测量单元

 

18. 3D 原位成像

18.1.提供原位 3D 表面成像。

18.2.与高温样品台兼容。

18.3.高精度 X,Y 台分辨率：2nm。

18.4.分析软件提供 2D 和 3D 图、平滑、体积分析、粗糙度分析、表面积分析和很多其他的功能。

18.5.X,Y 扫描范围：100µm x 100µm。

18.6.X, Y 样台分辨率: 2 nm

18.7.闭环线性：0.03%

18.8.可以 ASCII 文件的方式输出到第三方图像分析软件包。