Способ измерения размера углубления на поверхности токопроводящей детали

 

Изобретение относится к способам испытания материалов, а именно измерения микротвердости тонких токопроводящих покрытий и ультратонкого поверхностного слоя токопроводящих материалов. Для этого используют индентор из токопроводящего сверхтвердого материала, например полупроводникового алмаза. После получения отпечатка выводят индентор из зоны вдавливания, прикладывают разность потенциалов между индентором и недеформированной поверхностью исследуемого образца, приближают индентор к недеформированной поверхности до возникновения между ними туннельного тока. Затем сканируют индентором зону отпечатка , выдерживая постоянное расстояние между вершиной индентора и недеформированной поверхностью, измеряя при этом величину туннельного тока. О размерах отпечатка судят по изменению величины туннельного тока.2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я15 G 01 В 7/28

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР}

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4886609/28 (22) 27.11.90 (46) 07.07.93. Бюл. М 25 . (71) Институт сверхтвердых материалов АН

УССР (72) И.M.Àíäðîñîâ, В.Ю.Валуйский, В.В.Дробязко, Н.В,Новиков и В.К.Неволин (56) Авторское свидетельство СССР

М 1195228, кл. G 01 и 3/42, 1985. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РАЗМЕРА УГЛУБЛЕНИЯ НА ПОВЕРХНОСТИ ТОКОПРОВОДЯЩЕЙ ДЕТАЛИ (57) Изобретение относится к способам испытания материалов, а именно измерения микротвердости тонких токопроводящих покрытий и ультратонкого поверхностного слоя токопроводящих материалов. Для этоВ настоящее время в различных областях промышленности (машиностроение, приборостроение и т.д.) широко применяются различные покрытия малой толщины (до 1 мкм). Важную роль в парах трения играют тонкие поверхностные слои трущихся деталей. В связи с этим стоит задача оценить физико-механические свойства тонких покрытий и поверхностных слоев деталей.

Цель изобретения — устранение указанных недостатков, а именно г; вышение точности измерений и обеспе,ение возможности измерения размеров отпечатка на тонких поверхностных слоях и деталях с высокой твердостью. Речь идет о создании

„„ЯЦ „„1825966 А1

ro используют индентор из токопроводящего сверхтвердого материала, например полупроводникового алмаза. После получения отпечатка выводят индентор из зоны вдавливания, прикладывают разность потенциалов между индентором и недеформирован ной поверхностью исследуемого образца, приближают индентор к недеформированной поверхности до возникновения между ними туннельного тока.

Затем сканируют индентором зону отпечатка, выдерживая постоянное расстояние между вершиной индентора и недеформированной поверхностью, измеряя при этом величину туннельного тока. О размерах отпечатка судят по изменению величины туннельного тока. 2 ил, в средства измерения размера отпечатка на CO поверхности токопроводящей детали. К)

На фиг. 1 изображена блок-схема уст- Q3 ройства, реализующего способ измерения размеров отпечатка; на фиг. 2 — растр исследованного поверхностного слоя. О

Устройство содержит электрод 1, выполненный из токопроводящего сверхтвердбго материала, например полупроводникового Ф алмаза, устройство 2 нагружения электрода, устройство 3 позиционирования электрода, выполненное в виде трехкоординатного пьезопреобразователя, блок 4 управления, устройство 5 регистрации.

Способ реализуется следующим образом.

1825966

Электрод 1 вдавливают в поверхность исследуемого образца 6, прикладывая к нему постоянную нагрузку Р через устройство

2 нагружения, на глубину, не превышающую толщину поверхностного слоя. После этого электрод 1 при помощи устройства 3 позиционирования выводят иэ эоны вдавливания и устанавливают над деформированной поверхностью 6 исследуемого образца.

Между электродом 1 и исследуемой поверх- 10 ностью 6 прикладывают разность потенциалов Vt. Затем с помощью устройства 3 приближают электрод к исследуемой поверхности б до появления туннельного тока, протекающего между вершиной электрода и недеформированной поверхностью (см.

Физический энциклопедический словарь/Под ред. А,M.Ïðîõîðoâà — М.:Советская энциклопедия, 1983. С.769). Блок управления 4 устроен так, что стабилизиру- 20 ет величину промежутка Z между электродом и исследуемой недеформированной поверхностью. Перемещение электрода по контролируемой области исследуемой поверхности образца (зона отпечатка) осуществляется подачей напряжения на устройство позиционирования 3, При этом электрод сканирует ортогонально к исследуемой поверхности б по заданной программе. Информация (изменение величины туннельного тЬка) записывается на устройство 5 регистрации, например запоминающий осциллограф или графопоотроитель.

При сканировании электрода 1 над отпечатком расстояние Z между ним и исследуемой 35 поверхностью б увеличивается, Возрастает величина потенциального барьера, и величина туннельного тока становится равной нулю. После завершения сканирования зоны отпечатка на устройстве 5 регистрации 40 получаем растр исследованной поверхности с записанной в заданном масштабе формой отпечатка.

По полученному иэображению судят о размерах отпечатка, 45

Способ поясняется конкретным примером его осуществления.

Измерялись размеры отпечатка на детали из меди с шероховатостью поверхности

Rz=0,01 мкм, полученного в результате из- 50 мерения микротвердости. Электрод вдавливали через устройство нагружения в исследуемую поверхность, После снятия нагрузки при помощи устройства позиционирования выводили электрод из зоны 55 отпечатка на недефорь ированную поверхность и, используя оптический микроскоп, устанавливали его так, чтобы расстояние между вершиной электрода и недеформированной поверхностью было порядка о

20 — 50 А, Затем между электродом и образцом прикладывали разность потенциалов

10 м — 1 В и начинали приближать индентор к исследуемой поверхности до момента возникновения туннельного тока, Конкретное значение напряжения подбиралось в процессе измерения так, чтобы величина туннельного тока была стабильной. Затем сканировали электродом зону отпечатка.

Блок управления стабилизировал расстояние между вершиной электрода и недеформированным участком исследуемой поверхности на протяжении всего времени сканирования. Вследствие этого при прохождении электрода над отпечатком промежуток между вершиной его и исследуемой поверхностью увеличивался, возрастала величина потенциального барьера, а величина туннельного тока уменьшалась до нуля. При выходе электрода из зоны вдавливания величина потенциального барьера уменьшалась и вновь появлялся туннельный ток между вершиной электрода и исследуемой поверхностью. На устройстве регистрации фиксировалось изменение величины туннельного тока на протяжении всего периода сканирования и записывалась в заданном масштабе зависимость величины туннельного тока от координаты вершины электрода. На фиг. 2 показан участок исследованной поверхности 20х20 нм с зоной отпечатка. По полученному растру измеряли размеры отпечатка — диагональ отпечатка D--10 нм.

Применение способа в народном хозяйстве даст возможность повысить точность измерения размера отпечатка на поверхности токопроводящей детали; измерять отпечаток на поверхностном слое детали; измерять отпечаток на детали с высокой твердостью.

Способ характеризуется простотой измерений и возможностью проведения экспресс-анализа.

Формула изобретения

Способ измерения размера углубления на поверхности токопроводящей детали, заключающийся в том, что перемещают электрод вдоль контролируемой поверхности, отличающийся тем, что, с целью повышения точности способа и расширения его функциональных возможностей, прикладывают разность потенциалов между электродом и недеформированной поверхностью детали, сближают их до возникновения между ними туннельного тока, сканируют электродом зону углубления, выдерживая постоянное расстояние между электродом и недеформированной поверх1825966

Составитель В. Валуйский

Редактор С. Кулакова Техред М. Моргентал Корректор А, Козориз

Заказ 2314 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул, Гагарина, 101

4 ностью, измеряя при этом величину туннельного тока, а о размерах углубления судят по изменению величины туннельного тока.