Sächsisches Institut für Oberflächenmechanik

Scratch-Stress Analyzer-Produktreihe

SSA<sup>®</sup>

Der SSA® (Scratch-Stress Analyser) ist ein aus dem FilmDoctor® Studio ausgekoppeltes Modul, welches sehr einfach eine physikalische Analyse jeglicher Kratztests (Ritztests, Haftfestigkeitstest) unter Berücksichtigung aller durch die Messung gewonnenen Daten erlaubt. Der SSA® ermöglicht Ihnen eine physikalische Auswertung von Kratztests, indem er die Verteilung von 28 Feldkomponenten (z.B. von-Mises-Spannung, Normalspannungen, Scherspannungen usw.) des Kontakt-Spannungsfeldes in der Probe für alle Messpunkte des Kratzversuchs berechnet und Ihnen diese in animierter Form präsentiert. Dadurch können generische, physikalische Materialeigenschaften wie die kritischen Spannungen aller Bruch-Modi exakt bestimmt werden. Der Scratch-Sress Analyzer (SSA®) berücksichtigt dabei einfache Materialstrukturen (z.B. monolithische Proben) ebenso korrekt wie komplexe Oberflächenstrukturen (z.B. Superlattice-Schichtsysteme mit bis zu 100 Layern, Gradienten usw.).

Physikalische Charakterisierung von Oberflächen mittels Kratztest
Mechanische Charakterisierung beliebig strukturierter Oberflächen (bspw. Schichtstapel) mittels physikalischer Auswertung von Kratztests (z.B. Nano-Kratztest, Mikro-Kratztest usw.) oder Tribologie-Tests

Außerdem können Sie mit dem Scratch-Stress Analyzer auch Scratch-Tests auf potentiell relevanten Oberflächen (z.B. in Abhängigkeit von der Rauhigkeit) simulieren und somit viel Zeit für experimentelle Messungen sparen. Die dafür notwendigen, physikalischen Eigenschaften des Systems (E-Modul, Querkontraktionszahl, Fließgrenze) können Sie entweder durch unsere Messauswertungsdienstleistungen ermitteln lassen, mit Hilfe des O&PfC® selbst ermitteln oder aus unserer Material-Datenbank auslesen.

Entwicklung der Normalspannungsverteilung eines Kratztests
Entwicklung der Normalspannungsverteilung (als Querschnitt in Kratzrichtung und Tiefe) eines Kratztests in einer 1µm dicken TiAlN-Schicht auf einem randgehärtetem Stahl mit einem Kugelindenter von 50µm Radius, einer Anfangslast von 10mN und Endlast von 100mN.

Funktionen

Im folgenden werden die Möglichkeiten des dieser Produktreihe zugrunde liegenden Modells insgesamt beschrieben, die von den Möglichkeiten der einzelnen Editionen dieser Produktreihe abweichen können, da nicht alle in jeder Edition vollständig implementiert sind.

Charakterisierbare Materialstrukturen

Sie können mit dieser Softwarereihe[?] unter anderem die folgenden Oberflächenstrukturen durch Auswertung mechanischer Kontaktmessungen analysieren:

  • Mehr-Schicht-Systeme (mit bis zu 100 Schichten)
  • dünne Schichten (theoretisch bis zu 1 Ângström*)
  • dicke Schichten (theoretisch unbegrenzt*)
  • mit Eigenspannungen und Eigenspannungsverläufen (funktional)
  • Laminatstrukturen
  • Verbundwerkstoffschichten
  • Nanopartikel-verstärkte Schichten (z.B. Nanoröhren, Fullerene, ...)
  • Einlagerungen und Defekte sowohl in den Schichten als auch an den Grenzflächen
  • Superlattice
  • homogene, monolithische Vollmaterialien (z.B. nur Substrat)

* Praktisch hängt es von den Möglichkeiten (z.B. der Auflösung und Rauschen) Ihres Messgerätes ab.

Entwicklung der von-Mises-Spannungsverteilung eines Kratztests
Entwicklung der von-Mises-Spannungsverteilung des obigen Kratzexperiments.

Messbedingungen

Bei der Auswertung mechanischer Oberflächenmessungen können von dieser Softwarereihe zur Messauswertung[?] unter anderem die folgenden Messbedingungen bzw. Nebeneffekte berücksichtigt werden:

  • multi-axiale Lasten (Normal-, Lateral- und rotierende Lasten)
  • Kippen und Ablenkung des Indenters
  • tatsächliche Indenterform, so auch Kanten und Asymmetrien der Indenterspitzen (was z.B. für Berkowich- und Vickers-Indenterspitzen notwendig ist)
  • Oberflächenrauigkeit, tatsächliche, dreidimensionale Oberflächentopographie bzw. Oberflächenkrümmung (z.B. von vorheriger 3D-Abtastung mittels AFM)
  • Kriechen / Einsinken: zeitabhängige Materialeigenschaften viskoser oder visko-elastischer Materialien (z.B. Polymere)
  • Pile-up / Restspannungen duktiler Materialien, plastische Verformung, Brüche/Risse spröder Materialien[?]
  • Reibung zwischen dem Indenter und der Oberfläche
  • Temperaturgradienten / Temperaturfelder (z.B. bei Hochtemperaturmessungen notwendig)
  • schwache Grenzflächen / schlechte Interface-Haftung (Adhäsion)

Analysierbare Kontaktmessungen

Die folgenden mechanischen Oberflächenmessungen können Sie mit dem SSA®[?] auswerten:

  • Kratztests, Ritztests und Haftfestigkeitstests
  • Tribologische Testverfahren wie Reibungstests und Verschleißtests (Pin-on-Disc, Ball-on-Disc usw.)
  • auch im Hochtemperatur-Bereich
  • und viele weitere

Mechanische Charakterisierung

Das wichtigste Ziel einer mechanischen Charakterisierung ist die Ermittlung generischer Materialeigenschaften, die unabhängig von den Messbedingungen (wie Materialstruktur der Probe, Anfangs- und Endlast, Geschwindigkeit usw.) sind. Dazu ist es notwendig, diese Messbedingungen in der Auswertung der Messungen korrekt zu berücksichtigen. Genau deshalb haben wir die generelle, analytische Lösung für alle Kontaktprobleme im elastischen Regime entwickelt. Diese erlaubt u.a. die Berechnung folgender, generischer, mechanischer Materialeigenschaften[?]:

  • Fließgrenze der Schicht
  • Zugfestigkeit
  • Haftfestigkeit
  • kritische Spannungen aller Bruch-Modi (Bruchmodus I, II und III)

Nur solche generischen, physikalischen Materialeigenschaften kann man in nahezu beliebigen anderen Oberflächenstrukturen (z.B. zur Oberflächenoptimierung mittels Modellierung und Simulation) wieder verwenden, ohne eine erneute Charakterisierung durchführen zu müssen.

Informationsmaterial

Anbindung an Messgeräte

Die folgenden Messgerätehersteller bieten bereits direkte Exportschnittstellen für unserere Software an, welche die Messdaten direkt in unser Format konvertieren:

  • Anton Paar (ehemals CSM Instruments)
  • ASMEC GmbH - member of Zwick/Roell

Weitere Hersteller entwickeln momentan noch und werden folgen.

In unserem Webshop verfügbar

SSA® Auswertesoftware für Kratztests (2 Artikel)
SSA®
SSA® Light v0.5 (Download)
  • 1 Schicht
  • Berücksichtigung von 2D-Pre-Scans
  • Berücksichtigung von 2D-Post-Scans
  • echte Schichteigenschaften:
    • kritische Zugspannung (σTS)
    • kritische Scherspannungen (τ)
in den Einkaufswagen legen
3.000,00 €
 
SSA®
  • 5 Schichten
  • Berücksichtigung von 2D- und 3D-Pre-Scans
  • Berücksichtigung von 2D- und 3D-Post-Scans
  • echte Schichteigenschaften:
    • kritische Zugspannung (σTS)
    • kritische Scherspannungen (τ)
in den Einkaufswagen legen
10.000,00 €

Systemanforderungen

Minimum* Optimum
Betriebssystem: Microsoft Windows XP SP3
Microsoft Windows Vista
Microsoft Windows 8
Microsoft Windows 7
Wortbreite: 32 und 64 Bit 32 und 64 Bit
CPU: 2 Prozessorkerne
1 GHz
≥ 4 Prozessorkerne mit je 2 Threads
≥ 2 GHz
Arbeitsspeicher: 512 MB ≥ 4 GB
Freier Festplattenspeicher: 24 MB (in Systempartition)
500 MB (für Projektdateien)
24 MB (in Systempartition)
≥ 3 GB (für Projektdateien)
Bildschirm: 1024 x 768 Pixel
16 Bit Farbtiefe
1920 x 1080 Pixel
32 Bit Farbtiefe
Virenscanner: Hinweise beachten!
Zugriffsrechte zur Installation: Administratorrechte
Zugriffsrechte zur Benutzung: Benutzerrechte Administratorrechte
* Sollte Ihr Computer nur die minimalen Systemanforderungen erfüllen, kann es sein, dass der Bedienkomfort und die Arbeitsgeschwindigkeit eingeschränkt ist.

Bitte fragen Sie uns, wenn Sie weitere Informationen benötigen.

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