Устройство для определения физических свойств электропроводных материалов Советский патент 1991 года по МПК G01N11/00 

У/

-.- L«

Изобретение относится к ycTpomi- вам для определения отеюркческих и механических характеристик электргч рр- водш х матернаюв. Целью изобрел HIM явтяегся расширение фупк цио-i ал ым возможностей устройства за гчст oiij s - деления механических характерно i ик поверхностных слоев чч ек-. poiipo материалов, состоящих из металлоок- гидных, оргитсческих структу и их смесей и повыше inie иэиосос юикос ги электродов. Отличительной особенно гью устройства является иопол от твг.н1 i элекiрода-инденторj, который ичиоцпе i в виде тепа нрлшепия, обрлзу-пцеи ьо- торото слу/и,чг nopoinj . K.iu: 1- (Я и пределах 90-1GO°(, j осью иия - противсигед, щ -я углу сторона г реу i 01Ы1ИК а. } ш. , 2 .-лил.

Изобретение относится к устройствам для фиэико-хлмических исследований поверхностных слоев электропроводных материалов.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства за счет определения механических ха- рактеристнк поверхностных слоен электропроводящих материалов, состоящих из металлооксидных, органических структур и их смесей, а также повышение износостойкости электрода- индектора.

Существенное влияние на износ электрода индентора оказывает угол между сторонами образующей поверхности вращения. При углах меньше 90° снижается точность изменения электрических и механических характеристик поверхHOcTHoio сюя, в свч зи с y.v,Uj: j;airM диаметра отпечатка н ростом глубины внедрения, что также искажает измерение. С уиелич нш-м yt и 160° возрастает ичнос нндентора, .чол,- ку растет площадь i.. uepxi ocTi; , /43L, вующал в измерении. Кроме того, отпечаток L росюм угла неограннченчо возрастает, стрсм/u ь к плоскосги, в результате чей) точност. номере ния.

предлагаемая форма электрода-ннде1г- тора способствует повышению его износостойкости при перемещении по поверхности элекгрс ipoводных материалов, преимущественно состоящих из металлооксидных органических структур и их смесей, что прежде всего отражается на точность определения характеристик

№

С

го

се;

(с4 Ч

СГ;

«.«V

и . позволяет повысить надежность и долговечность устройства.

На фиг. представлена схема устройства; на фиг. 2 - вид сбоку.,

Устройство содержит плоский образец-электрод 1 с поверхностным слоем 2, состоящим из металлоксидных, орга- нических структур из их смесей, элек- трод-индентор 3, установленный на по- ю верхностный слой образца. Электрод-ин- дентор крепится в коромысле держателя 4, связанного с механизмом нагружения, приведения электродов в контакт 5. Электрод-образец 1 связан с механиз- (5 мом 6 микронного движения. Электрод- индентор 3 и образец 1 включены в электрическую цель источника 7 регу- лируемого напряжения и блоком 8 электрических измерений.

Устройство работает следующим обазом.

S ЈfuH I+5iЈ (ijlS+sln cO+cosrfln

где

Ь d

Od

мнимая полуось;ъ диаметр отпечатка; половина угла между ассии- птотами гиперболы; половина действительной оси.

Для электрода-индентора с образующей-треугольника вращения площадь отпечатка оценивалась по формуле

а

2d

л

S sin

(R - r,)arccosd/v

5tgu arCtUbU 2Rtgit 2 где с половина угла между равными

сторонами треугольника; R - высота треугольника.

Микротвёрдость оценивалась по формуле

,(3)

где S - площадь отпечатка.

Удельное электросопротивление

-т- RS,

СО

где S - площадь отпечатка; - длина участка измерения; 1 - толщина пленки; h - глубина внедрения. Анализ формул (l) и (2) .показыва- ет, что использование формулы (1) для рпределе гия площади поверхности внедрения индентора-электрода вносят заметные искажения в результаты измереВключают механизм нагружения, приведения электродов, в контакт 5, после чего с блока 8 электрических измерений определяют удельное электросопротивление .

Далее, зная величину нагружения электрода и площадь отпечатка электрода, определяют микротвердость образца,

Точность измерения отпечатка на поверхности меди, состоящий из оксидов меди, определяли оптически методом на основании 10 измерений отпечатка, полученного при перемещении электро- да-индентора на расстоянии 1000 мкм в качестве характеристики механической и электрической прочности поверхностного слоя использовали микротвердость и удельное электросопротивление. Площадь отпечатка определялась по формулам для половины двуполостного гиперболоида.

1 + s i n

.лр+Т Ч п о+г; - .

- (i)

0

5

0

5

0

ний за счет многократных математических операций над диаметром отпечатка, величина которого определяется из опыта. Геометрия гиперболического электрода-индентора снижает точность определения площади контакта, что отра- точность определения элек- и механических характерисжается на трических тик.

о табл. 2

представлены результаты актов по излучению влияния угла на точность измерений диаметра отпечатка и износ электрода индентора. Измерения выполнены на электролитической меди, окисленной при 600°С в течение 6 мин на воздухе. Высота образующего треугольника составляла во всех случаях 500 мкм.

Анализ результатов сравнительных испытаний инденторов-электродов, имеющих известную форму гиперболоида вращения н предлагаемую, образующей которой является равнобедренный треугольник с углом при вершине, составляющим до 90 0(160°, показывает, что предложенная форма электрода-индентора позволяет существенно снизить систематическую ошибку измере- ний диаметра отпечатка поверхностных слоев электропроводных материалов, преимущественно состоящих из металле5162

ксидов, органических структур и их смесей и повысить точность измерений.

Одновременно более чем в 3 раза увеличивается износостойкость элек- трода-индентора в условиях действия нагрузок, превышающих 500 МПа, за счет изменения геометрии электрода и, в частности, угла измерительной кромки. Повышение точности измерения дос- тигается изменением характера деформирования предлагаемым элек родом нн- дентором поверхностного слоя, что резко снижает хрупкое разрушение и связанные с ним искажения рельефа поверх- ности отпечатка. Упрощается и повышается точность расчета диаметра отпечатка.

Формула изобретения

Устройство для определения физичес- ких свойств электропроводных материаТаблица

Характеристика устройств для определения электрических и механических свойств поверхностных слоев электропроводных материалов

Характеристика

Диаметр отпечатка

10 измерений, мкм1517%13 8%

Площадь отпечатка, мкм235357,28583,7% Микротвердость,

МПа90035%9064%

Удельное электросопротивление,

оксиды меди. Ом-м 1,2-1035%1,1-Ю74%

Линейный износ при 1000 цикл перемещений по СиО, мкм0,730%0,213%

- - --.- - . - «. - . ..- «- -----.- - -. - ...

|Таблица2

Влияние величины угла образующей электрода индентора на точность измерений диаметра отпечатка и износ

Диаметр отпечатка,

абсолютная ошибка

измерений, мкм 8,5-2 10,5-1 14-0,8 23-3 28-4

66

лов, содержащее плоский электрод и электрод в виде фигуры вращения, соединенные с механизмом перемещения и нагружения и подключенные к источнику напряжения и регистрирующей системе, отлич ающеесятем, что, с целью расширешш функциональных возможностей устройства за счет определения механических характеристик поверхностных слоев электропроводных материалов, состоящих металлооксидных и органических структур и их смесей, и повышения износостойкости электрода в виде фигуры вращения, последний выполнен в виде тела вращения, образующей которого служат две стороны равнобедренного треугольника с углом Об , лежащим в пределах (160°, а осью вращения - противолежащая углу третья сторона треугольника.

I

Характеристика

Продолжение табл. 2 Угол образующей, град. 70 90 I 120 160 | 170

Относительная ошибка измерения Линейный износ при 1000 циклах перемещений по , мкм МПа, , I мм/с

Редактор А.Долинич

Составитель В. Филатова Техред М.Дндык

9,5% 5,7%

13%14%

0,70,2

0,30,4

Фиг, 2

Корректор М.Кучерявая