G200X 纳米压痕仪划痕仪

产品描述

Nano Indenter G200X可提供纳米级的力学测试功能，简单易用，能够精确进行各种力学定量分析。G200X系统能够轻松表征广泛的材料力学性能，从硬质涂层到超软聚合物样品，并针对不同应用提供综合全面的纳米力学测试升级选件和解决方案。G200X系统中配置了高精度纳米马达样品台、大样品安装系统和高分辨率光学显微镜。InView软件、InQuest控制器和InForce驱动器让KLA全线压痕产品系列具有一致的卓越性能。 G200X系统可选功能包括连续刚度测量(CSM)、扫描探针显微成像、划痕测试、动态力学分析频率扫描，IV电压电流特性测试、超高速压痕测试和冲击测试等等。

主要功能

●    电磁驱动作动器可轻松实现载荷和位移的宽动态范围的控制。
●    高分辨率光学显微镜与精密XYZ 移动系统结合能实现高精度观察与定位测试样本。
●    便捷的样本安装台与多样本定位设置功能实现高通量测试。
●    高度模块化设计使设备远不止能进行压痕测试，设备还提供扫描探针成像功能、划痕及磨损测试功能、高温纳米力学测试功能、连续刚度测试(CSM) 和高速3D及4D力学图谱等模块化升级选件。
●    直观的用户操作界面便于快速地进行测试设置；仅需点击几下鼠标即可完成复杂测试的参数设置。
●    实时高效的实验控制，简单易用的测试流程开发和测试参数设置。
●    全新的InView软件，提供用于分析数据的Review软件和生成各种综合性测试报告的InFocus软件。
●    备受赞誉的材料表面力学图谱功能和高速测试功能，极大地提高了定量数据的可靠性。
●    InQuest高速数字控制器，数据采集速率可达100kHz，时间响应常数可达20µs。

主要应用

●    快速硬度和模量测量 (基于Oliver-Pharr模型)

●    快速材料表面力学特性分布测量

●    ISO 14577标准化硬度测试

●    薄膜及涂层测试

●    界面附着力测量

●    断裂韧性测量

●    粘弹性测量，包括储能模量和损耗模量及损耗因子

●    扫描探针显微成像（3D成像）

●    定量划痕和摩擦磨损测试

●    高温纳米压痕测试

●    IV电学测试

硬度和模量测量（基于Oliver-Pharr模型）

材料的力学性能表征在薄膜的工艺控制和制造过程中表征力学性能发挥着至关重要的作用，其中包括汽车行业的涂层质量，以及半导体制造中的前道和后道工艺控制等。

G200X纳米压痕仪能够测量从超软凝胶到硬质涂层的各种材料的硬度和模量。对这些特性进行快速评估可以为生产线提供可靠的品质控制及保障。

快速压痕力学性能成像

对于包括复合材料在内的许多材料而言，不同区域之间的力学性能可能会有很大差异。G200X系统在X和Y轴方向上各提供100毫米的样品台移动范围，在Z轴方向上提供25毫米的移动范围，在大面积样本区域下轻松表征不同厚度、宽度、长度的样本。可选的NanoBlitz表面形貌和断层扫描软件能快速生成任何测量力学性能的彩色图。

ISO 14577硬度测试

Nano Indenter G200X包括一个预编程的ISO 14577测试方法，可根据ISO 14577标准测量材料的硬度。该测试方法可自动测量和报告杨氏模量、纳米压痕硬度、维氏硬度和归一化的压痕功。

界面附着力测量

薄膜剥离通常是由沉积可以储存弹性能量的高压缩层引起的。界面附着力测量对于帮助用户了解薄膜失效模式而言至关重要。Nano Indenter G200X系统可以通过膜层界面的断裂及黏附特性和残余应力等性能的测试，实现对多层界面的性能评估。

断裂韧性

断裂韧性指在平面应变条件下应力强度因子发生突然性失效的临界值。低断裂韧性值意味着样品预先存在缺陷。使用刚度成像法可轻松通过纳米压痕仪获得断裂韧性。（刚度成像测量需要连续刚度测量和NanoVision选件。）

粘弹性能

聚合物是结构异常复杂的材料，其力学性能易受化学特性、加工工艺和热力学过程的影响。具体而言，力学性能由母链的类型和长度、支化、交联、应变、温度和频率等因素决定，而他们通常是相互关联的。应在相关环境中对聚合物样本进行力学测试，为聚合物设计参数决策提供有用的数据信息。纳米压痕测试所需样本尺寸小，制作简单，更容易进行这种特定环境的测量。Nano Indenter G200X系统在压头与材料充分接触的同时可激发压头的高频振动来测量聚合物样品的复模量和粘弹性。

扫描探针显微成像（3D成像）

Nano Indenter G200X系统有两种扫描探针显微成像方式，可用于表征压痕的裂纹长度和测量设计应用中的断裂韧性。断裂韧性指含有裂缝的缺陷材料防止断裂扩展的能力。Nano Indenter G200X的压电样品台具有高定位精度的NanoVision选件，可提供高达1nm步进的编码器分辨率，扫描尺寸可达100µm x 100µm。Survey Scanning软件选件将X/Y运动系统与InView软件相结合，可提供500µm x 500µm的大扫描尺寸。NanoVision样品台和Survey Scanning选件均需要对样品的精确区域进行纳米压痕测试和断裂韧性计算。

定量划痕和摩擦磨损测试

涂层和薄膜要经受多种工艺流程，例如化学机械抛光(CMP)和引线键合，这会考验这些薄膜的强度及其与衬底的附着力。对这些材料来说，重要的是在这些流程中抵抗塑性形变，并保持完好而不从衬底上剥离。理想情况下，电介质材料应具有较高的硬度和弹性模量，这将有助于其在经历制造流程时有效抵抗外界影响。

高温纳米压痕测试

高温纳米压痕对于表征热应力作用下的材料性能至关重要，在定量研究热机械加工过程中的失效机理时更是如此。在不同温度下进行力学测试，不仅可以研究材料受热时的性能变化，还可以量化研究材料的塑性转变，这在纳米尺度上并非易事。

适用行业

●    高校、实验室和研究所
●    半导体芯片行业
●    PVD/CVD 硬质涂层（DLC、TiN)
●    MEMS：微机电系统/纳米级通用测试
●    陶瓷与玻璃
●    金属与合金
●    制药
●    膜层材料与油漆
●    复合材料
●    电池与储能
●    汽车与航空航天

●    更多应用：请联系我们探讨您的需求

应用举例

硬质涂层

通常，厚度<5µm的硬质涂层用于表面保护、提高耐磨性、摩擦/润滑、提高耐温性和生物相容性。Nano Indenter G200X系统可以精确地执行ISO标准化的纳米压痕测试，并在不受衬底影响的情况下测量涂层的弹性模量和硬度。Nano Indenter G200X还可测量划痕硬度和耐磨性。在涂层表面粗糙度较大的情况下，NanoBlitz 3D选件可对材料特性进行快速的定量评估。

半导体晶圆

半导体制造商往往致力于生产具有高度机械完整性的薄膜。我们的纳米压痕仪可以测量目前可达到薄度的薄膜的弹性模量和硬度，而不会出现来自底层衬底的影响。探明实际材料变化与工艺参数之间的相关性，对于半导体应用至关重要。

半导体封装

电子元件的性能和寿命可能取决于其封装的完整性。我们的纳米压痕仪能让半导体封装厂商评估聚合物底部填充物的力学属性、焊料应变率灵敏度和金属部件的强度。

陶瓷与玻璃

陶瓷和玻璃因其独特的光学、力学和电学特性，而成为许多应用中使用的重要材料。陶瓷与玻璃的传统力学测试（例如，四点弯曲测试）可能既耗时又昂贵。G200X工具可以快速表征小尺寸材料的弹性模量和硬度。划痕测试功能也非常适合定量评估光学涂层的抗划伤性。

聚合物与塑料

聚合物与塑料由于其随时间产生形变的特性，而被用于许多应用之中。无论聚合物是用作减振器、挤压材料还是医疗植入物，通常都通过动态力学分析(DMA)对其进行分析。在许多情况下，塑料部件的几何图形不适合采用传统的DMA仪器进行测试。无论样品的几何图形如何，KLA纳米压痕仪都能够局部定位塑料部件上的目标区域，并检测与频率相关的储存模量、损耗模量和损耗因子。Nano Indenter G200X也可用于测量粘弹性蠕变和应力弛豫特性。

金属与合金

金属与合金在许多行业中发挥着重要作用，例如汽车、航空航天、医疗和半导体。金属与合金的传统力学测试（例如，拉伸测试）可能既耗时又昂贵。G200X可以对小尺寸材料进行快速表征。它还能让用户表征弹性模量、硬度和抗蠕变性，以及这些特性随空间位置变化的梯度。

电池与储能

电池材料的力学属性与电池的稳定性、充电容量和续航时间密切相关。Nano Indenter G200X系统非常适合测试各种电池材料，从软质锂金属到硬质陶瓷基片。Nano Indenter G200X提供面向多种环境的先进测量解决方案，其中包括干燥室和手套箱。

研发

KLA Instruments纳米压痕仪，不仅能满足要求严苛的研发应用所需的精度和准确度，还是应用灵活的科学仪器。无论是测量新型材料的力学性能、检测金属的形变机制，还是分析随温度变化的应变速率敏感因子，Nano Indenter G200X拥有应用多样的纳米压痕测量能力，以实现先进的研究和加速开发进程。

制药、食品和个人护理

药品、食品和个人护理产品的力学性能与客户满意度和体验密切相关。材料的弹性模量或刚度可能与质地和触感有关。药物糖衣的力学性能对于准时释放药性也至关重要。G200X系统可提供定量信息，以对定性客户反馈进行补充。

汽车与航空航天

KLA Instruments纳米压痕仪可以根据温度对材料进行高级表征，这对于汽车和航空航天应用而言是一项关键功能。强度、刚度和随时间变化的力学性能都可使用Nano Indenter G200X纳米压痕技术进行测量。

纳米级通用测试

G200X系统能够测量纳米级力学形变和其它纳米力学特性。对纳米压痕、压缩、张力、蠕变、应力松弛和疲劳的测量展现了该系统功能多样的特点。此外还支持标准和自定义试验方法。KLA纳米压痕仪团队的专职科学家还可提供咨询和实验设计。

选配件

InForce 1000作动器

InForce 1000作动器采用高达1000mN的压痕载荷进行纳米压痕测试。KLA的电磁力驱动技术可确保测量的可靠性和载荷与位移的长期稳定性。KLA的机械设计可确保单一方向自由度的简谐运动，从而沿单轴方向控制加载力和位移。整个InForce系列作动器的压头均可互换。InForce 1000作动器与CSM、NanoBlitz、样品加热、划痕、磨损和ISO 14577等测试选件兼容。

InForce 50作动器

InForce 50作动器采用高达50mN的压痕载荷执行纳米压痕测试。KLA的电磁力驱动技术可确保测量的可靠性和载荷与位移的长期稳定性。KLA的机械设计可确保一个自由度的简谐运动，从而沿单轴方向控制载荷和位移。整个InForce系列作动器的压头均可互换。InForce 50座动器与CSM、NanoBlitz、ProbeDMA™、生物材料、样品加热、划痕、磨损和 ISO 14577等测试选项兼容。

连续刚度测量（CSM）

连续刚度测量用于量化动态材料特性，例如应变速率和频率引起的影响。CSM技术可在压痕过程中振荡压头测量随深度、荷载、时间或频率而变化的力学特性。该选项附带一个恒定应变速率实验，该实验测量硬度和模量作为深度或载荷的函数，这是学术界和工业界常用的测试方法。CSM还可用于其它高级测量选项，包括用于储存模量和损耗模量测量的ProbeDMA™方法和与基底无关的薄膜的杨氏模量测量方法AccuFilm™。CSM集成于InQuest控制器和InView软件中，易于使用，且能保证数据质量。

NanoBlitz 3D

NanoBlitz 3D利用InForce 50或InForce 1000驱动器和Berkovich压头绘制高模量（> 3GPa）材料的纳米力学性能3D分布图。NanoBlitz以每个压痕<1 秒的速度可执行 100,000 个压痕（300x300 阵列），并在指定载荷下对阵列中的每个压痕测量杨氏模量 (E)、硬度 (H) 和刚度 (S) 值。大量的测试数据能够提高统计的准确性。直方图显示多相材料的性能分布。NanoBlitz 3D方法包具有可视化和数据处理能力。

300°C 样品加热

300°C样品加热选项允许将样品放入腔室均匀加热，同时使用InForce 1000或InForce 50作动器进行测试。该选项包括高精度温度控制、惰性气体保护以减少氧化，以及冷却循环以去除多余的热量。ProbeDMA，AccuFilm，NanoBlitz和CSM均可与样品加热选件兼容。

NanoBlitz 4D

NanoBlitz 4D利用InForce 50或InForce 1000作动器和Berkovich压头为低E/H值和高-E (>3GPa) 材料生成纳米力学特性4D图。NanoBlitz 4D以每个压痕5-10秒的速度可执行10,000个压痕（100×100 阵列）测试，并提供杨氏模量 (E)、硬度 (H) 和刚度 (S)，作为阵列中每个压痕深度的函数。NanoBlitz 4D采用恒应变速率方法。该功能包具备可视化和数据处理功能。

AccuFilm™ 薄膜方法组合

AccuFilm薄膜方法组合是一种基于Hay-Crawford模型的InView测试方法，采用连续刚度测量 (CSM) 对与基片无关的材料特性进行测量。AccuFilm对软基底上硬质薄膜测量进行基底材质影响的校正，也对硬基底上的软性薄膜进行同类的校正。

ProbeDMA™聚合物方法组合

聚合物方法组合提供了对聚合物随频率变化的复模量进行测量的能力。该方法组合中包括平压头、粘弹性参考材料和用于评估粘弹性的测试方法。传统动态力学分析(DMA)测试仪器无法很好地表征的纳米级聚合物和聚合物薄膜，而这种技术对其进行表征又十分关键。

生物材料方法包

生物材料方法包基于连续刚度测量（CSM）技术，可以测量剪切模量低至1kPa的生物材料的复模量。该方法包中包括一个平压头和评估材料粘弹性的测试方法。该技术可以有效表征小尺寸生物材料，填补传统的流变仪在此领域的空白。

NanoVision

NanoVision选件配备了用于高分辨3D成像方法和能精确定位的闭环纳米定位样品台。NanoVision让用户能够以纳米级精度对压痕测试位置进行定位，从而实现对复杂材料的各个相进行独立表征。NanoVision用户还可以通过检查残余压痕形貌，获取到凸起高度、变形体积和断裂韧性等材料特性的量化分析。

Survey Scanning

Survey Scanning选件利用Nano Indenter G200X系统的精确可重复的X/Y运动，可提供500μm x 500μm的扫描尺寸。10nm线性编码器的成像效果比G200更好。NanoVision样品台和Survey Scanning选件可配合使用，可为纳米压痕测试精确定位，这对于确定样品断裂韧性尤其有用。

InView软件版本

所有Nano Indenter G200X系统均采用了标准的InView软件，可以让用户可以访问预编程测试方法，其中包括符合ISO 14577标准的方法。InView方法开发选件能让研究人员使用简单的协议编写自己的InView测试方法。InView软件包中内置InView ReviewData和InFocus应用程序，可用于轻松查看数据和创建演示文稿。InView拥有模拟模式，用户可以离线编写测试方法、处理和分析数据。

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