- •Объекты и методы инженерии поверхности.
- •Основные характеристики функциональных поверхностей.
- •Почему поверхностные слои твердых тел отличается по структуре и свойствам от объема?
- •Основные количественные параметры шероховатости поверхности по гост 2789-73.
- •Принципы устройства, преимущества и ограничения контактного и бесконтактного профилометра.
- •Способы и стадии подготовки объемных материалов и покрытий для изучения в оптическом микроскопе и электронном просвечивающем микроскопе.
- •Архитектура компьютерной системы сбора данных. Ацп и цап.
- •Векторная и растровая графика. Основные электронные форматы для данных и изображений.
- •Что такое пиксел? Как избежать искажений при увеличении электронных изображений?
- •Как рассчитать напряжения Герца при контакте твердых тел?
- •Сформулируйте определение твердости. Методы определения твердости.
- •Как определяют твердость в методе измерительного индентирования? в чем состоит метод Оливера-Фарра? Коэффициент упругого восстановления.
- •Как определяют твердость в методе Виккерса, Бринеля, Роквелла? с чем связаны ограничения классических методов определения твердости?
- •Перечислите материаловедческие задачи, решаемые с помощью метода измерительного индентирования.
- •В чем состоит метод измерительного царапания? Какие параметры определяют при измерительном царапании? Что называют критической нагрузкой?
- •Как происходит получение изображения в сканирующей зондовой микроскопии (сзм). Преимущества и ограничения сзм.
- •Перечислите способы выделения полезного сигнала при обработке сзм изображений.
- •Типы и условия формирования контраста в сканирующем зондовом микроскопе. Контактный и бесконтактный режим работы сзм.
- •Как проходит контактирование и трение соприкасающихся поверхностей. Оценка площади контакта.
- •Дайте определение изнашиванию и износу. В каких единицах измеряют износ?
- •Сформулируйте принципы создания износостойких материалов и покрытий.
- •Опишите принципы подбора контртела для трибологических испытаний.
- •От каких параметров трибологических испытаний зависят напряжения Герца пары «образец-контртело»?
- •Как определяют износ контртела и образца по схеме «стержень-диск»?
- •В каком диапазоне может меняться коэффициент трения? в каких единицах измеряют износостойкость?
- •Что включает в себя комплексное трибологическое исследование? Схема «стержень-диск» и «стержень-пластина».
- •Какие диапазоны электромагнитных волн используют для изучения функциональных поверхностей? Какие из них чувствительны для органов чувств (зрения, слуха) человека.
- •Что такое структурная составляющая? Как повысить разрешение оптического микроскопа. Формула Аббе.
Как происходит получение изображения в сканирующей зондовой микроскопии (сзм). Преимущества и ограничения сзм.
Процесс построения изображения основан на сканировании поверхности зондом. В общем случае позволяет получить трёхмерное изображение поверхности (топографию) с высоким разрешением. Отличительной СЗМ особенностью является наличие:
зонда,
системы перемещения зонда относительно образца по 2-м (X-Y) или 3-м (X-Y-Z) координатам,
регистрирующей системы.
Работа сканирующего зондового микроскопа основана на взаимодействии поверхности образца с зондом (кантилевер, игла или оптический зонд). При малом расстоянии между поверхностью и зондом действие сил взаимодействия (отталкивания, притяжения, и других сил) и проявление различных эффектов (например, туннелирование электронов) можно зафиксировать с помощью современных средств регистрации. Для регистрации используют различные типы сенсоров, чувствительность которых позволяет зафиксировать малые по величине возмущения. Для получения полноценного растрового изображения используют различные устройства развертки по осям X и Y (например, пьезотрубки, плоскопараллельные сканеры).
Информация, полученная с помощью зондового микроскопа, в компьютере представляется в виде двумерной матрицы целых чисел. Каждое число в этой матрице, в зависимости от режима сканирования, может являться значением туннельного тока, или значением отклонения кантилевера, или значением какой-то более сложной функции. Необходимо преобразовать числа в вид, удобный для восприятия.
Делается это следующим образом.
Числа в исходной матрице лежат в некотором диапазоне, есть минимальное и максимальное значения. Этому диапазону целых чисел ставится в соответствие цветовая палитра. Таким образом, каждое значение матрицы
отображается в точку определенного цвета на прямоугольном изображении. Строка и столбец, в которых находится это значение, становятся координатами точки. В результате получаем картину, на которой, например, высота
поверхности передается цветом – как на географической карте. Для удобства восприятия точки, близкие по высоте, должны передаваться сходными цветами.
Преимущества.
В сравнении с растровым электронным микроскопом (РЭМ) сканирующий зондовый микроскоп обладает рядом преимуществ. Так, в отличие от РЭМ, который даёт псевдо-трёхмерное изображение поверхности образца, СЗМ позволяет получить истинно трёхмерный рельеф поверхности. Кроме того, в общем случае сканирующий зондовый микроскоп позволяет получать изображение как проводящей, так и непроводящей поверхности, тогда как для изучения непроводящих объектов с помощью РЭМ необходимо металлизировать поверхность. Для работы с РЭМ необходим вакуум, в то время как большая часть режимов СЗМ предназначена для исследований на воздухе, вакууме и жидкости.
Ограничения.
Небольшой размер поля сканирования. РЭМ в состоянии просканировать область поверхности размером в несколько миллиметров в латеральной плоскости с перепадом высот в несколько миллиметров в вертикальной плоскости. У СЗМ максимальный перепад высот составляет несколько микрометров, как правило не более 25 мкм, а максимальное поле сканирования в лучшем случае порядка 150×150 микрометров. Другая проблема заключается в том, что качество изображения определяется радиусом кривизны кончика зонда, что при неправильном выборе зонда или его повреждении приводит к появлению артефактов на получаемом изображении.
Низкая скорость сканирования. Для получения СЗМ-изображения требуется от нескольких минут до нескольких часов, в то время как РЭМ после откачки способен работать практически в реальном масштабе времени, хотя и с относительно невысоким качеством. Из-за низкой скорости развёртки СЗМ получаемые изображения оказываются искажёнными тепловым дрейфом, что уменьшает точность измерения элементов сканируемого рельефа.
Нелинейность, гистерезис[и ползучесть пьезокерамики сканера также являются причинами сильных искажения СЗМ-изображений.
Кроме того, часть искажений возникает из-за взаимных паразитных связей, действующих между X, Y, Z-манипуляторами сканера. Для исправления искажений в реальном масштабе времени современные СЗМ используют программное обеспечение (например, особенность-ориентированное сканирование) либо сканеры, снабжённые замкнутыми следящими системами, в состав которых входят линейные датчики положения.