多功能材料力學測試系統(tǒng)UMT

德國布魯克公司 UMT 系列多功能材料力學測試系統(tǒng)

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(chǎn)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(zhì)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(chǎn)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(tǒng)。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(chǎn)品的失效與可靠性的評價、質(zhì)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(chǎn)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。控制器是由八個數(shù)據(jù)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(xiàn)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(tǒng)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(shù)字攝像系統(tǒng)，三維表面形貌儀，原子力顯微鏡。并且在此系統(tǒng)上還可以增加高低溫環(huán)境濕度控制系統(tǒng)和真空系統(tǒng)。

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(tǒng)，X、Z-方向運動控制，多路數(shù)據(jù)通道和自動電腦控制系統(tǒng)。
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(shù)，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(shù)據(jù)的打印和輸出使用 ASCII 格式，能夠用 Excel 或其他電子表格或數(shù)據(jù)庫存儲數(shù)據(jù)。

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(jù) 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(jù) 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(tǒng)：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(shù)。 
    表面接觸電阻。 
    用于微觀圖像的數(shù)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(tǒng)實現(xiàn)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(xiàn)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(shù)據(jù)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(tǒng)。
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(chǎn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(tǒng)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(shù)據(jù)采集都是在UMT一臺儀器上實現(xiàn)的。