Модуль 2. Основы наноизмерений и нанодиагностики Лабораторная работа 6. Определение физико-механических свойств наноструктурных покрытий и материалов

Цель работы: изучить принцип действия и основные узлы калотестера CAT CSM

Оборудование и инструмент: калотестер CAT CSM, паспорт установки

Краткая теоретическая часть

Калотестирование (CALOTEST) предназначен для быстрого и точного определения толщины покрытий. Этот метод широко используется для анализа толщин покрытий от 0,1 до 50 мкм. Типичные объекты применения CALOTEST: это покрытия, полученные плазменным напылением, CVD, PVD, анодным окислением, ионным напылением, ионным осаждением, химическим или гальваническим нанесением, полимерные покрытия, лакокрасочные покрытия.

Методика проведения калотеста:

1. Закрепляем испытуемый образец в тисках;

2. Подводим к образцу приводной штатив и устанавливаем на штативе шар с определенным диаметром, наносим на шар абразивный раствор;

3. На блоке управления приводном штативе устанавливаем скорость вращения шара и время вращения, запускаем аго;

4. По истечении заданного времени шар при помощи абразивного материала истирает на образце лунку;

5. Вынимаем образец из тисков и помещаем его на штатив микроскопа;

6. Открываем рабочую программу микроскопа, замеряем диаметры лунок истирания (рис.7), и программа автоматически высчитывает толщину покрытия по получившимся параметрам.

Система CALOTEST включает в себя: промышленный прибор CALOTEST, универсальный зажим; стойку и гидравлический штатив; набор шаров диаметром 10, 15, 20, 25.4, 30 мм ; абразивную суспензию высокого качества (размер частиц 0.5 – 1 мкм). Методика проведения калотестирования может выглядеть следующим образом: вращающийся шар известного диаметра (Ø шара) прижимается к поверхности с предварительно заданной силой; позиция шара относительно образца и сила контакта шара на образец остаются постоянными; при добавлении абразивной суспензии в зону контакта шара и образца происходит стирание поверхности и подложки в форме сфероидального кратера; оптический анализ проекции сфероидальной выемки на поверхности образца на плоскость, дает измеряемые параметры X и Y, что позволяет при помощи простых геометрических соотношений вычистить толщину покрытия Z или толщину слоев. Толщина покрытия определяется по формуле (обозначение на рис.1.11)

Рис.1.11 Схема для определения толщины покрытий в калотестере.

Рис.1.12 Вид рабочей зоны при проведении кало-теста	Рис.1.13 След после калотеста на испытуемом образце

Рис.1.14 Калотестер для определения толщины покрытий

Промышленный прибор представляет собой большой штатив, подходящий под различные размеры и формы исследуемых объектов. Технические характристики представлены в табл.1.3.

Для исследования массивных образцов, размер, которых не позволяет быть смонтированными на стандартном штативе, можно разъединить штатив и мотор, и поместить на исследуемый образец, используя магнитную подставку.

Таблица 1.3.

Технические характеристики прибора CALOTEST фирмы CSM:

Параметр	Значение
Обороты вала	от 10 до 2990 об/мин
Размеры рабочего стола	80 x 80 мм
Время работы	от 2 сек до 15 мин
Шары стандартного диаметра	10, 20, 25.4, 30 мм
Электропитание	105 – 250 В
Электропитание мотора	24 В
Мощность электродвигателя	15 Вт
Совместим со стандартом	VDI 3198
Диапазоны применения
Толщина покрытий	от 0.1 до 50 мкм
Точность измерений	1 - 5 %
Диаметр кратера	0.15 до 2 мм
Суспен зия высокого качества	размер частиц 0.5 -1 мкм

Исследуемые образцы Установка