多功能材料力学测试系统UMT

德国布鲁克公司 UMT 系列多功能材料力学测试系统

德国布鲁克TMT部门，是目前世界上最大的材料表面力学及摩擦磨损测试仪器制造商，同时也是世界上最大的材料表面力学及摩擦学技术咨询服务商。

德国布鲁克公司生产的UMT 系列多功能材料力学测试仪采用模块化设计的硬件结构，从而具备了广阔不尽的开发潜能，为科研、品质控制等工作提供了一个多功能，可操作性强，应用广泛的试验平台。UMT 系列产品主要用于从纳米、显微及宏观水平上，对各种材料，薄膜/涂层/改性层，固态或液态的润滑层，润滑油和润滑剂的力学、摩擦学研究及其评价的测试系统。被测样品可以是尺寸直径从纳米尺度（如纳米碳管）到几百毫米的任何形状物体。

该仪器可广泛的应用于材料科学、薄膜涂层、生物、化工、石油、微电子、微型传感器、半导体材料、自动控制、航空航天、汽车工业及机械工具的材料研究和开发，还可以应用于工业产品的失效与可靠性的评价、质量控制及检验；也可以按所有的 ASTM 和多种 ISO 的标准进行试验测量。同时也可以向各类不同领域中的用户提供检测服务。UMT 具有长期的稳定性和可重复性，可以对各种薄膜/涂层通过压/划/磨等测试其结合强度、薄膜弹性模量、薄膜寿命/失效分析、微/纳米硬度、微/纳米划痕、三维表面形貌、表面粗糙度、断裂韧性、蠕变、润滑/抗磨特性、抗冲击能力、抗划痕能力、耐腐蚀性能、失效以及疲劳等等。 UMT 还可以在生物医学领域，可以对骨关节、假肢、骨组织、牙齿、人造心脏瓣膜支架、人造皮肤、管腔组织、动物脂肪生物膜在体外模拟生理环境（例如生理温度和体液环境）和模拟生理运动条件下进行微载荷力学测试。以及对外科手术缝合线和注射针头等医用产品进行失效与可靠性的评价。UMT 系列是由控制器和检测器组成的。控制器是由八个数据通道和一个对所有运动模式进行模拟的智能化执行器所组成。因此，在一个测试过程中UMT 可实现多种信号的同时原位检测：摩擦力、载荷力、转矩、材料表面的接触电阻、声发射、温度、磨损量、 、纵向位移等等；在检测器上装有高精密度的传感器， 这样 UMT 就可以监测样品在垂直和水平方向的位置、受力情况以及运动状态。另外在系统的选配件中还提供了试验过程中对界面微变化情况进行实时监控数字摄像系统，三维表面形貌仪，原子力显微镜。并且在此系统上还可以增加高低温环境湿度控制系统和真空系统。

UMT 多功能材料力学测试模块
1、主机和控制平台：提供闭环伺服力加载系统，X、Z-方向运动控制，多路数据通道和自动电脑控制系统。
Z 方向最大形程：150mm。
X 方向最大形程：75mm。
软件控制上样品和下样品的运动，包括可变的方向和持续时间，速度和加速度。
用计算机处理，能够原位实时采集、显示/观察和记录最多至 16种测试参数，包括：力和扭矩，位移和磨损，温度和湿度，电和声信号，时间和距离等。
结果或记录数据的打印和输出使用 ASCII 格式，能够用 Excel 或其他电子表格或数据库存储数据。

2、Y-样品台，高精度测试平台。
最大形程：75mm。

3、功能测试模块
（A）纳米压入（Nano-Indentation）
加载卸载曲线。
根据 Oliver-Pharr 方法， 得到材料硬度和杨式模量。 
完全符合 ISO14577-1/02 标准。
最大加载力：400mN。
分辨率：0.1μN。
最大压入位移：200μm。
分辨率：0.02nm。
（B）纳米分析仪及纳米划痕（ Nano-Analyzer & Nano-Scratch）
非破坏性薄膜弹性（杨式）模量测量。
超高精度纳米划痕深度控制。
原子力原位成像扫描。
最大加载力：100mN。
X-Y 精确定位样品台：100μm。
定位分辨率：10nm。
最大压入位移：200μm。
分辨率：0.02nm。
（C）显微硬度（Micro-Hardness）
加载卸载曲线。
根据 Oliver-Pharr 方法，得到材料硬度和杨式模量。
完全符合 ISO14577-1/02 标准。
加载力范围：0.1mN-200N。
分辨率：1μN
（D）显微划痕（Micro-Scratch）
加载系统：精确的自动伺服控制加载，可恒力加载或连续线性加载。
针尖：
    络氏和维氏金刚石压头（Rockwell and Vickers Indenter） 。
    金刚石压头（Diamond Stylus） ：2-200 mm。
    钢针（Steel needles）：0.1-1 mm。
    专利技术，微金刚石铲子（Patented micro-blades）：0.4-1.0 mm。
    载荷范围：1μN-10N，1mN-200N，0.1N-1kN。
传感器：
    声发射: 高频能达到 5.5MHz。
    摩擦系数。 
    表面接触电阻。 
    用于微观图像的数字式光学显微镜：550X。
    CCD相机：视频及静止图像。
表面形貌观察及检测：原子力显微镜或三维形貌仪。 
划痕模式: 通过独特的闭环的伺服机械系统实现准确动态加载，可以提供恒力加载模式、线性增量加载模式和通过软件实现对样品的任意动态加载模式。
可实时记录法向力／摩擦力／穿透深度／声发射信号，从而可对实际样品准确可靠的获得膜与基底的结合力，或研究薄膜或其他样品表面的摩擦／磨损行为。 
实时在线的光学显微镜观察及纪录
样品形状：任何形状
样品尺寸：1μm – 任意尺寸
加载力范围：0.1mN-200N。
分辨率：1μN。

（E）三维形貌（3D Surface Profiler）
带有实时光学显微镜的三维形貌分析仪。
闭环压电陶瓷扫描平台，机械噪音极低。
双光学传感器设计，测量范围宽。
彩色 CCD相机。
软件可控扫描探针加载力。
高速数据采集，高速三维扫描。
粗糙度测量，适用于高精度抛光表面和粗糙的机加工表面。
划痕、磨痕高度、宽度和体积测量。
薄膜厚度测量，台阶测量。
薄膜应力测量。
微电子微结构表面形貌分析。
表面缺陷分析。
扫描范围：10μm×10μm，500μm× 500μm。
水平分辨率：0.1μm。
垂直分辨率：0.1nm。
台阶高度测量重复性：0.8nm。

（F）摩擦磨损（Tribology）
独特的闭环动态伺服加载。
适用于薄膜微纳摩擦/磨损测试的独特微力加载系统。
载荷范围，UNMT-1：1μN – 10N；UMT-2：1mN – 200N；UMT-3：0.1N – 1 kN。
多种运动模式：球（销）/盘，高速线性往复，环/块，盘/盘，球/球（四球） ，缸套活塞环等。
销球盘旋转运动速度：0.001rpm – 5000rpm。
高速线性往复运动频率：0 – 50Hz。
环块运动速度：0 – 7000。
多种传感器技术（摩擦力，声发射，接触电阻） 。
独特的六维（三维力和三维扭矩）传感器。
螺母－螺丝间隙耦合，滑动和滚动的齿轮，人工关节、牙齿、人造心脏瓣膜、人造皮肤、外科手术缝合线和注射针头等产品摩擦磨损试验。
可在高低温、湿度、真空等环境下试验。

 
UMT的独有的优势：
1． 多种运动模式：
上/下样品台可以独立的实现多种运动模式：线性运动、旋转运动、振动，还可以通过软、硬件实现各
种复杂的复合运动模式；
2．独特的动态加载： （独特的闭环的伺服加载）
       恒力加载模式、线性增量加载模式，通过软件实现对样品的任意动态加载模式。
       这种动态加载方式在高低温控制条件下同样适用。
3．6D－六轴传感器： （美国 CETR公司拥有独家专利）
       可同时原位检测三个轴向的力和力矩的动态变化。
4．微金刚石铲子： （美国 CETR公司拥有独家专利）
可实现薄膜与基体准确的结合力测试。薄膜与基体结合力更加准确的测试方法：传统结合力是借助圆锥形的探针做划痕试验来获得，这种方法得到的结合力更多的上反映的是膜材本身的强度，而并非真正意义上的结合力。微金刚石铲子可以很准确的对结合力进行测试。
5．能按照所有的 ASTM标准和多种 ISO 的标准进行测试。
所有的测试功能和数据采集都是在UMT一台仪器上实现的。

探针式表面轮廓仪DektakXT

布鲁克 DektakXT 台阶仪（探针式表面轮廓仪）是一项创新性的设计，可以提供更高的重复性和分辨率，测量重复性可以达到5?。台阶仪这项性能的提高达到了过去四十年Dektak技术创新的顶峰，更加巩固了其行业领先地位。不论应用于研发还是产品测量，通过在研究工作中的广泛使用，DektakXT一定能够做到功能更强大，操作更简易，检测过程和数据采集更完善。第十代DektakXT台阶仪（探针式表面轮廓仪）的技术突破，使纳米尺度的表面轮廓测量成为可能，从而可以广泛的应用于微电子器件，半导体，电池，高亮度发光二极管的研发以及材料科学领域。

DektakXT 完美设计

探针系统的评价体系受三个因素影响：能否重复测量，数据采集和分析速度快慢，操作的难易程度。这些因素直接影响了数据的质量和操作效率。DektakXT利用全新结构和和最佳软件来实现可重复、时间短、易操作这三个必要因素，达到最佳的仪器使用效果。

强化操作的可重复性 Delivering Repeatable Measurements

DektakXT在设计上的几个提高，使其在测量台阶高度重复性方面具有优异的表现，台阶高度重复性可以到达5?.使用single-arch结构比原先的悬臂梁设计更坚硬持久不易弯曲损坏，而且降低了周围环境中声音和震动噪音对测量信号的影响。同时，Bruker还对仪器的智能化电子器件进行完善，提高其稳定性，降低温度变化对它的影响，并采用先进的数据处理器。在控制器电路中使用这些灵敏的电子元器件,会把可能引起误差的噪音降到最低，DektakXT的系统因此可以更稳定可靠的实现对高度小于10nm的台阶的扫描。Single-arch结构和智能器件的联用，大大降低了扫描台的噪音，增强了稳定性，使其成为一个极具竞争力的台阶仪（表面轮廓仪）。

提高数据采集和分析速度 SpeedingUp Collectionand Analysis

利用独特的直接扫描平台，DektakXT通过减少从得到原始数据到扣除背底噪音所需要的时间，来提高扫描效率。这一改进，大大提高了大范围扫描3D形貌或者对于表面应力长程扫描的扫描速度。在保证质量和重复性的前提下，可以将数据采集处理的速度提高40%。另外，DektakXT采用Bruker 64-Bit数据采集分析同步操作系统Vision64，它可以提高大范围3D形貌图的高数据量处理速度，并且可以加快滤波器的工作速度和多模式扫描时的数据分析处理效率。Vision64还具有最有效直观的用户界面，简化了实验操作设置，可以自动完成多扫描模式，使很多枯燥繁复的实验操作变得更快速简洁。 

完善的操作和分析系统 PerfectingOperationand Analysis

与DektakXT的创新性设计相得益彰的配置是Bruker的Vision64操作分析软件。Vision64提供了操作上最实用简洁的用户界面，具备智能结构，可视化的使用流程，以及各种参数的自助设定以满足用户的各种使用要求，快速简便的实现各种类型数据的采集和分析。

DektakXT 技术参数

—台阶高度重复性5?

—Single-arch设计大大提高了扫描稳定性

—前置敏化器件，降低了噪音对测量的干扰

—新的硬件配置使数据采集能力提高了40%

—64-bit，这一Vision64同步数据处理软件，使数据分析速度提高了十倍。

功能卓越，操作简易

—直观的Vision64用户界面操作流程简便易行

—针尖自动校准系统让用户更换针尖不再是难事

台阶仪（表面轮廓仪）领域无可撼动的世界领先地位

—布鲁克的台阶仪，体积轻巧，功能强大。

—单传感器设计提供了单一平面上低作用力和宽扫描范围