miniatura|Imatge amb el microscopi de forces atòmiques d'una empremtació de punxó de Berkovitch en una ceràmica de Zr-Cu-Al: el flux de plàstic al voltant de l'empremtador és molt clar. La nanoempremtació (també anomenada indentació instrumentada per anglicisme) és una tècnica per a la caracterització mecànica de materials. Aquesta tècnica és de considerable interès en el camp de les pel·lícules primes i els microobjectes,.
Principi Es diu que aquesta tècnica de caracterització s'instrumenta quan la força aplicada al contacte i la profunditat de penetració que crea es mesuren contínuament.
La prova d'indentació consisteix a introduir un punt, també anomenat empremtador o penetrador, amb geometria i propietats mecàniques conegudes, en un material (idealment pla) per determinar-ne les propietats mecàniques. La tècnica de nanoempremtació, inventada a la dècada del 1970, supera aquesta limitació aplicant càrregues de l'ordre de desenes de micronewtons (μN) a profunditats que van des d'unes poques desenes de nanòmetres (nm) fins a uns pocs micròmetres (μm). La nanoempremtació ofereix una àmplia gamma d'aplicacions per a la caracterització mecànica de materials: duresa, mòdul de Young, fluència, adherència, etc. La duresa i el mòdul de Young són les propietats més estudiades.
Els empremtadors solen ser fets de diamant o safir.
Hi ha moltes geometries d'empremtadors :
empremtadorde Berkovich ; empremtador esfèric ; empremtador cònic ; empremtador Vickers ; empremtador de cantó-cub ; punxó pla.
miniatura|Corba típica de nanoempremtació. El nanoempremtador controla contínuament l'empremtació de la punta sota càrrega durant les fases de càrrega i descàrrega per observar la resposta plàstica i elàstica del material. El resultat és una corba de càrrega-profunditat que representa el cicle de càrrega-descàrrega aplicat.
La corba d'empremtació té dues parts diferents. La primera, la part de càrrega, correspon a la punta d'empremtació que es condueix fins a la seva profunditat de penetració màxima hmax, representant tant les contribucions elàstiques com plàstiques i, per tant, no es pot utilitzar directament per a càlculs de duresa. La segona, la part de descàrrega, representa la retirada de la punta d'empremtació, deixant una empremtació residual de profunditat hf. La corba de descàrrega representa la recuperació elàstica del material, el pendent inicial del qual (al començament de la descàrrega) té la rigiditat de contacte dP/dh = S.
Oliver i Pharr van establir un model analític per a la mesura de la duresa mitjançant empremtació instrumentada. Per tant, defineixen la duresa mitjançant la següent equació :
O és la força màxima aplicada i és l'àrea de contacte projectada.
Prova de ratllada La prova de ratllada s'utilitza generalment per caracteritzar l'adhesió de pel·lícules primes de passivació o protecció (per exemple, TiN, TiC, Al2O3 o materials carbonosos amorfs...), que són força rígides i dures, dipositades sobre substrats metàl·lics elastoplàstics.
Acoblament de la prova mecànica amb una mesura elèctrica És possible acoplar una mesura elèctrica a una mesura mecànica en un nanoempremtador de diverses maneres. :
ús d'una punta conductora,; ús de l'empremtador com a microactuador; substitució de l'empremtador per un xip metàl·lic,.
Referències
Categoria:Ciència de materials