기계적 물성 시험 · 나노인덴터

나노인덴테이션 시험기(나노인덴터): 작동 원리와 선택 기준

나노인덴테이션 시험기, 즉 나노인덴터는 다이아몬드 압자를 mN 수준의 하중으로 표면에 누르면서 하중과 깊이를 나노미터 분해능으로 기록합니다. 압흔을 촬영하지 않고 하중–깊이 곡선으로 경도와 탄성계수를 계산하므로 박막, 코팅, 개별 결정립, 연질 재료를 측정할 수 있습니다. 같은 장비로 크리프, 이완, 점탄성(DMA), 파괴 인성, 항복 강도도 측정합니다.

NANOVEA 기계적 물성 시험기의 나노인덴테이션 팁, 깊이 센서, 현미경 대물렌즈

한눈에 보기

하중 레인지
80, 400, 1800 또는 4800 mN(나노 모듈, 압전 액추에이터).
분해능
24비트: 가장 민감한 레인지에서 하중 분해능 0.006 µN, 깊이 분해능 0.003 nm.
노이즈 플로어
가장 민감한 레인지에서 하중 0.5 µN, 깊이 0.04 nm(RMS).
깊이 범위
250 µm 또는 1500 µm, 정전용량 링 깊이 센서.
동적 시험
0.1~100 Hz의 DMA 및 연속 강성 측정(CSM), 주파수 및 온도 스윕 포함.
매핑
FastMap: 5분에 100개 압흔, 스테이지 정확도 0.2 µm 미만.

나노인덴터가 하는 일

경도와 강성은 표면이 접촉 손상, 스크래치, 마모에 어떻게 저항하는지를 결정합니다. 기존 경도 시험기는 현미경으로 압흔의 크기를 측정하므로, 눈에 보일 만큼 큰 압흔과 경도만으로 한정됩니다. 나노인덴터는 시험 내내 압흔의 깊이를 기록하므로 두께가 마이크로미터 이하인 막, 개별 결정립과 상, 고분자, 생체 조직을 측정할 수 있고, 같은 압흔에서 탄성계수와 시간 의존 거동까지 얻을 수 있습니다.

나노인덴테이션의 원리

  1. 팁이 표면에 접근해 접촉을 감지합니다.
  2. 깊이를 기록하면서 하중을 제어된 속도로 설정 최대값까지 증가시킵니다.
  3. 크리프가 안정되도록 하중을 유지한 뒤, 깊이를 계속 기록하면서 하중을 제거합니다.
  4. 제하 곡선에서 접촉 강성과 접촉 깊이를 구합니다. 압자의 면적 함수와 함께 경도와 탄성계수를 계산합니다(ISO 14577 및 ASTM E2546의 Oliver & Pharr 방법).

격자 위에서 시험을 반복하면 물성 맵이 만들어지고, 하중을 유지하면 크리프를, 하중을 진동시키면 저장 및 손실 탄성률을 얻습니다.

나노인덴테이션 시험기 선택 시 확인할 점

  • 하중의 직접 측정. NANOVEA 모듈은 압전 액추에이터로 하중을 수직으로 가하고, 정전용량 깊이 센서와 폐루프로 동작하는 독립 로드셀로 이를 측정합니다. 하중은 추정이 아니라 측정되며, 캔틸레버나 피벗이 없습니다.
  • 레인지 하단에서의 분해능과 노이즈. 가장 민감한 레인지에서 나노 모듈은 0.006 µN과 0.003 nm(24비트)를 분해하며, 노이즈 플로어는 0.5 µN과 0.04 nm입니다.
  • 하중 범위. 80, 400, 1800, 4800 mN 레인지로 연한 젤부터 단단한 코팅까지 다루며, 마이크로 모듈을 추가하면 같은 시스템이 400 N까지 확장됩니다.
  • 팁 교정. Single Indent Area Function(유럽 특허 제3076153호)은 팁 면적을 교정하고 압자의 품질을 정량적으로 점검합니다.
  • 위치 결정과 이미징. 0.2 µm 미만의 스테이지 정확도, 최대 100배 비디오 현미경, 그리고 PB1000에서는 잔류 압흔을 촬영하는 AFM 또는 3D 프로파일러 통합.
  • 처리량. FastMap은 5분에 100개 압흔을 만들며, 자동 다중 샘플 시험은 높이가 다른 샘플도 처리합니다.

압자 형상

팁은 압흔 아래의 응력장을 결정합니다. 베르코비치는 나노인덴테이션의 표준 팁이고, 비커스는 미소경도와 비교 가능한 값을 주며 높은 하중에 강합니다. 누프는 길쭉한 형상으로 얇은 층과 섬유 복합재처럼 방향에 따른 경도 차이에 사용합니다. 큐브 코너는 낮은 하중에서 취성 재료에 균열을 내어 파괴 인성을 측정합니다. 구원뿔형 팁은 연한 금속, 플라스틱, 다공성 재료에 적합합니다. 평면 펀치는 입자를 압축하고 항복을 측정하며, 나이프 팁은 섬유 같은 원통형 부품의 파괴를 시험합니다.

경도를 넘어서

같은 하중–깊이 측정으로 다양한 시험이 가능합니다. 고분자와 젤의 크리프 및 이완, 주파수 및 온도 스윕을 포함한 0.1~100 Hz의 나노인덴테이션 DMA, 유리와 세라믹의 파괴 인성, 구형 및 반복 압입에 의한 응력–변형률, 평면 펀치에 의한 항복 강도 및 피로입니다. 같은 모듈에서 스크래치 시험으로 코팅 밀착력도 측정합니다.

사용 조건에서의 시험

많은 재료, 특히 고분자는 온도와 습도에 따라 달라집니다. NANOVEA의 습도 제어 연구에서는 고분자 필름의 경도가 상대습도 25%에서 약 0.60 GPa, 75%에서 0.31 GPa로 낮아졌습니다. 나노 모듈은 고온, 저온, 습도, 액중 모듈과 진공 시스템에서 작동하므로, 재료가 실제로 쓰이는 조건에서 물성을 측정할 수 있습니다.

규격

규격적용 범위
ISO 14577경도 및 재료 파라미터를 위한 계장화 압입 시험

하중–깊이 데이터로부터 나노 영역을 포함한 압입 경도, 압입 탄성계수, 마르텐스 경도.

ASTM E2546계장화 압입 시험의 표준 실무

Oliver & Pharr 방법을 포함한 계장화 압입 시험 절차와 해석.

ASTM E384재료의 미소 압입 경도

비커스 및 누프 경도. 여기서는 깊이로부터도 계산합니다.

ASTM B933분말야금 재료의 미소 압입 경도

소결 재료 내 개별 상과 입자의 경도.

ASTM D4065플라스틱: 동적 기계적 특성, 절차의 결정 및 보고

나노인덴테이션 DMA로 얻은 저장 탄성률과 손실 탄성률의 보고.

DIN 50359유니버설(마텐스) 경도 시험

하중-깊이 데이터로 구하는 마텐스 경도. 현재는 대부분 ISO 14577로 대체되었습니다.

장비의 파라미터 한계는 각 규격에서 정한 값과 다를 수 있습니다. 특정 구성이 어떤 파라미터를 지원하는지 문의해 주십시오.

나노인덴터로 측정하는 항목

이 시험에 사용하는 장비

모든 장비는 주문 제작됩니다. 샘플을 보내 주시면 먼저 시험소에서 시험을 수행한 뒤, 그 결과에 맞춰 장비를 구성합니다.

발표된 결과

자사 시험소에서 직접 설계·제작한 장비로 측정하고, 모든 시험 조건과 함께 발표했습니다.

기계적 물성 시험 애플리케이션 노트 전체 →

독립적으로 발표된 연구

NANOVEA 장비는 전 세계 대학 및 산업 연구소 연구자들의 압입, 경도 및 스크래치 관련 발표 연구 438건에 등장합니다.

연구 438건 전체 →

NANOVEA 재료 시험 실험실

구매 전에 시험해 보십시오: 샘플을 보내 주십시오.

당사 실험실은 직접 제작한 기계적 물성 시험기로 나노인덴테이션, DMA, 매핑을 수행하고, 경도, 탄성계수, 하중–깊이 곡선을 모든 시험 조건과 함께 보고합니다. 나노인덴터가 고객의 재료에서 무엇을 분해할 수 있는지 가장 빠르게 확인하는 방법입니다.

장비를 설계하는 엔지니어가 직접 샘플을 시험하므로, 측정값뿐 아니라 시험 방법에 대한 조언도 받으실 수 있습니다.

압입 및 스크래치 시험 서비스

자주 묻는 질문

나노인덴터란 무엇입니까?

다이아몬드 압자를 보통 mN 수준의 매우 낮은 하중으로 재료에 누르면서 하중과 침투 깊이를 연속으로 기록하는 장비입니다. ISO 14577과 ASTM E2546에 따라 부하 및 제하 곡선으로 경도와 탄성계수를 계산하므로, 광학식 경도 시험으로는 압흔을 볼 수 없는 수 나노미터에서 수 마이크로미터 깊이의 물성을 측정할 수 있습니다.

나노인덴테이션 시험기로 무엇을 측정할 수 있습니까?

압입 경도, 탄성계수, 마르텐스 경도; 일정 하중에서의 크리프와 일정 깊이에서의 이완; DMA에 의한 저장 및 손실 탄성률; 압입 균열로부터의 파괴 인성; 평면 펀치와 반복 하중에 의한 항복 강도와 피로; 구형 팁에 의한 응력–변형률 응답; 그리고 압축 상태에서 스프링, 입자, 미세 구조의 강성입니다.

나노인덴터는 미소경도 시험기와 무엇이 다릅니까?

미소경도 시험기는 비커스 또는 누프 압흔을 만든 뒤 대각선을 광학적으로 측정하여 경도만 얻습니다. 나노인덴터는 시험 내내 깊이를 측정하므로 광학 측정이 불가능할 만큼 작은 하중에서도 작동하며, 같은 압흔에서 탄성계수, 크리프 등 다른 물성도 얻습니다. NANOVEA <a href="/micro-indentation-tester/">마이크로 모듈</a>은 같은 원리를 더 높은 하중에 적용합니다.

하중 측정 구조가 왜 중요합니까?

NANOVEA 모듈에서는 압전 액추에이터가 하중을 수직으로 가하고 독립된 로드셀이 이를 측정하며, 정전용량 센서가 깊이를 측정합니다. 두 센서가 폐루프 피드백으로 작동하므로, 재료가 크리프하는 동안에도 설정 하중이 액추에이터로부터 추정한 값이 아니라 실제로 가해진 하중이 됩니다. 컴플라이언스나 측면 움직임을 더하는 캔틸레버나 피벗이 없습니다.

어떤 팁을 사용해야 합니까?

베르코비치는 작은 깊이에서도 날카로움을 유지하므로 경도와 탄성계수의 표준입니다. 큐브 코너는 응력을 집중시켜 낮은 하중에서 취성 재료에 균열을 내므로 파괴 인성에 사용합니다. 구원뿔형 팁은 연한 금속, 고분자, 다공성 재료와 응력–변형률 연구에 적합합니다. 평면 펀치는 항복, 압축, 천공 시험에 사용합니다.

박막 시험에서 기재 영향을 피하려면 어떻게 해야 합니까?

압입 깊이를 막 두께에 비해 작게 유지합니다. 경도의 경우 막과 기재의 차이에 따라 다르지만 약 10% 미만이 일반적인 경험칙입니다. 여러 깊이에서 시험하거나 연속 강성 측정을 하면 기재가 결과에 영향을 주기 시작하는 깊이를 알 수 있습니다.

나노인덴터로 고온이나 액중에서 시험할 수 있습니까?

예. NANOVEA 나노 모듈은 최대 275 또는 450 °C, -10 °C 또는 -40 °C 미만, 습도 5%에서 이슬점까지, 상온에서 60 °C까지의 액중에서 작동하며, 진공 시스템도 제공됩니다.