多功能材料力學測試系統UMT

德國布魯克公司 UMT 系列多功能材料力學測試系統

德國布魯克TMT部門，是目前世界上大的材料表面力學及摩擦磨損測試儀器制造商，同時也是世界上大的材料表面力學及摩擦學技術咨詢服務商。

德國布魯克公司生產的UMT 系列多功能材料力學測試儀采用模塊化設計的硬件結構，從而具備了廣闊不盡的開發(fā)潛能，為科研、品質控制等工作提供了一個多功能，可操作性強，應用廣泛的試驗平臺。UMT 系列產品主要用于從納米、顯微及宏觀水平上，對各種材料，薄膜/涂層/改性層，固態(tài)或液態(tài)的潤滑層，潤滑油和潤滑劑的力學、摩擦學研究及其評價的測試系統。被測樣品可以是尺寸直徑從納米尺度（如納米碳管）到幾百毫米的任何形狀物體。

該儀器可廣泛的應用于材料科學、薄膜涂層、生物、化工、石油、微電子、微型傳感器、半導體材料、自動控制、航空航天、汽車工業(yè)及機械工具的材料研究和開發(fā)，還可以應用于工業(yè)產品的失效與可靠性的評價、質量控制及檢驗；也可以按所有的 ASTM 和多種 ISO 的標準進行試驗測量。同時也可以向各類不同領域中的用戶提供檢測服務。UMT 具有長期的穩(wěn)定性和可重復性，可以對各種薄膜/涂層通過壓/劃/磨等測試其結合強度、薄膜彈性模量、薄膜壽命/失效分析、微/納米硬度、微/納米劃痕、三維表面形貌、表面粗糙度、斷裂韌性、蠕變、潤滑/抗磨特性、抗沖擊能力、抗劃痕能力、耐腐蝕性能、失效以及疲勞等等。 UMT 還可以在生物醫(yī)學領域，可以對骨關節(jié)、假肢、骨組織、牙齒、人造心臟瓣膜支架、人造皮膚、管腔組織、動物脂肪生物膜在體外模擬生理環(huán)境（例如生理溫度和體液環(huán)境）和模擬生理運動條件下進行微載荷力學測試。以及對外科手術縫合線和注射針頭等醫(yī)用產品進行失效與可靠性的評價。UMT 系列是由控制器和檢測器組成的?？刂破魇怯砂藗€數據通道和一個對所有運動模式進行模擬的智能化執(zhí)行器所組成。因此，在一個測試過程中UMT 可實現多種信號的同時原位檢測：摩擦力、載荷力、轉矩、材料表面的接觸電阻、聲發(fā)射、溫度、磨損量、 、縱向位移等等；在檢測器上裝有高精密度的傳感器， 這樣 UMT 就可以監(jiān)測樣品在垂直和水平方向的位置、受力情況以及運動狀態(tài)。另外在系統的選配件中還提供了試驗過程中對界面微變化情況進行實時監(jiān)控數字攝像系統，三維表面形貌儀，原子力顯微鏡。并且在此系統上還可以增加高低溫環(huán)境濕度控制系統和真空系統。

UMT 多功能材料力學測試模塊
1、主機和控制平臺：提供閉環(huán)伺服力加載系統，X、Z-方向運動控制，多路數據通道和自動電腦控制系統。
Z 方向大形程：150mm。
X 方向大形程：75mm。
軟件控制上樣品和下樣品的運動，包括可變的方向和持續(xù)時間，速度和加速度。
用計算機處理，能夠原位實時采集、顯示/觀察和記錄多至 16種測試參數，包括：力和扭矩，位移和磨損，溫度和濕度，電和聲信號，時間和距離等。
結果或記錄數據的打印和輸出使用 ASCII 格式，能夠用 Excel 或其他電子表格或數據庫存儲數據。

2、Y-樣品臺，高精度測試平臺。
大形程：75mm。

3、功能測試模塊
（A）納米壓入（Nano-Indentation）
加載卸載曲線。
根據 Oliver-Pharr 方法， 得到材料硬度和楊式模量。 
*符合 ISO14577-1/02 標準。
大加載力：400mN。
分辨率：0.1μN。
大壓入位移：200μm。
分辨率：0.02nm。
（B）納米分析儀及納米劃痕（ Nano-Analyzer & Nano-Scratch）
非破壞性薄膜彈性（楊式）模量測量。
超高精度納米劃痕深度控制。
原子力原位成像掃描。
大加載力：100mN。
X-Y 定位樣品臺：100μm。
定位分辨率：10nm。
大壓入位移：200μm。
分辨率：0.02nm。
（C）顯微硬度（Micro-Hardness）
加載卸載曲線。
根據 Oliver-Pharr 方法，得到材料硬度和楊式模量。
*符合 ISO14577-1/02 標準。
加載力范圍：0.1mN-200N。
分辨率：1μN
（D）顯微劃痕（Micro-Scratch）
加載系統：的自動伺服控制加載，可恒力加載或連續(xù)線性加載。
針尖：
    絡氏和維氏金剛石壓頭（Rockwell and Vickers Indenter） 。
    金剛石壓頭（Diamond Stylus） ：2-200 mm。
    鋼針（Steel needles）：0.1-1 mm。
    技術，微金剛石鏟子（Patented micro-blades）：0.4-1.0 mm。
    載荷范圍：1μN-10N，1mN-200N，0.1N-1kN。
傳感器：
    聲發(fā)射: 高頻能達到 5.5MHz。
    摩擦系數。 
    表面接觸電阻。 
    用于微觀圖像的數字式光學顯微鏡：550X。
    CCD相機：視頻及靜止圖像。
表面形貌觀察及檢測：原子力顯微鏡或三維形貌儀。 
劃痕模式: 通過*的閉環(huán)的伺服機械系統實現準確動態(tài)加載，可以提供恒力加載模式、線性增量加載模式和通過軟件實現對樣品的任意動態(tài)加載模式。
可實時記錄法向力／摩擦力／穿透深度／聲發(fā)射信號，從而可對實際樣品準確可靠的獲得膜與基底的結合力，或研究薄膜或其他樣品表面的摩擦／磨損行為。 
實時在線的光學顯微鏡觀察及紀錄
樣品形狀：任何形狀
樣品尺寸：1μm – 任意尺寸
加載力范圍：0.1mN-200N。
分辨率：1μN。

（E）三維形貌（3D Surface Profiler）
帶有實時光學顯微鏡的三維形貌分析儀。
閉環(huán)壓電陶瓷掃描平臺，機械噪音極低。
雙光學傳感器設計，測量范圍寬。
彩色 CCD相機。
軟件可控掃描探針加載力。
高速數據采集，高速三維掃描。
粗糙度測量，適用于高精度拋光表面和粗糙的機加工表面。
劃痕、磨痕高度、寬度和體積測量。
薄膜厚度測量，臺階測量。
薄膜應力測量。
微電子微結構表面形貌分析。
表面缺陷分析。
掃描范圍：10μm×10μm，500μm× 500μm。
水平分辨率：0.1μm。
垂直分辨率：0.1nm。
臺階高度測量重復性：0.8nm。

（F）摩擦磨損（Tribology）
*的閉環(huán)動態(tài)伺服加載。
適用于薄膜微納摩擦/磨損測試的*微力加載系統。
載荷范圍，UNMT-1：1μN – 10N；UMT-2：1mN – 200N；UMT-3：0.1N – 1 kN。
多種運動模式：球（銷）/盤，高速線性往復，環(huán)/塊，盤/盤，球/球（四球） ，缸套活塞環(huán)等。
銷球盤旋轉運動速度：0.001rpm – 5000rpm。
高速線性往復運動頻率：0 – 50Hz。
環(huán)塊運動速度：0 – 7000。
多種傳感器技術（摩擦力，聲發(fā)射，接觸電阻） 。
*的六維（三維力和三維扭矩）傳感器。
螺母－螺絲間隙耦合，滑動和滾動的齒輪，人工關節(jié)、牙齒、人造心臟瓣膜、人造皮膚、外科手術縫合線和注射針頭等產品摩擦磨損試驗。
可在高低溫、濕度、真空等環(huán)境下試驗。

 
UMT的*的優(yōu)勢：
1． 多種運動模式：
上/下樣品臺可以獨立的實現多種運動模式：線性運動、旋轉運動、振動，還可以通過軟、硬件實現各
種復雜的復合運動模式；
2．*的動態(tài)加載： （*的閉環(huán)的伺服加載）
       恒力加載模式、線性增量加載模式，通過軟件實現對樣品的任意動態(tài)加載模式。
       這種動態(tài)加載方式在高低溫控制條件下同樣適用。
3．6D－六軸傳感器： （美國 CETR公司擁有）
       可同時原位檢測三個軸向的力和力矩的動態(tài)變化。
4．微金剛石鏟子： （美國 CETR公司擁有）
可實現薄膜與基體準確的結合力測試。薄膜與基體結合力更加準確的測試方法：傳統結合力是借助圓錐形的探針做劃痕試驗來獲得，這種方法得到的結合力更多的上反映的是膜材本身的強度，而并非真正意義上的結合力。微金剛石鏟子可以很準確的對結合力進行測試。
5．能按照所有的 ASTM標準和多種 ISO 的標準進行測試。
所有的測試功能和數據采集都是在UMT一臺儀器上實現的。