Vorbereitung und Bewertung von Wolframspitzen im Vergleich zu Diamant für die Nanoindentation weicher Materialien

Eine vereinfachte elektrochemische Ätztechnik wurde entwickelt, um konische Wolframspitzen mit Krümmungsradien zwischen 0,05 und 3 μm herzustellen. Diese Spitzen wurden mittels Rasterelektronenmikroskopie charakterisiert. Nach der Charakterisierung wurden die Wolframspitzen in Halterungen eingesetzt und in Nanoindentationsexperimenten an Massaluminium, Polystyrol- und Polyethylenproben verwendet. Die berechneten Elastizitätsmodulwerte für die Polymere stimmten aufgrund der Eindringdaten und der bekannten Spitzenradien sehr gut mit den mit makroskopischeren Techniken (z. B. Zug-Dehn-Apparat) erhaltenen Modulen überein. Im Fall von Aluminium war das berechnete Modul aufgrund der Spitzenverformung während der Eindringung deutlich niedriger als erwartet. Die berechneten Härtewerte für die Polymere neigten dazu, mit der Eindringtiefe aufgrund von Drückeffekten zu steigen, die zu Verdichtung und/oder Phasenumwandlung führten. Diese Ergebnisse wurden auch mit den Modulwerten der gleichen drei Proben verglichen, die mit einer Diamantspitze mit vergleichbarem Krümmungsradius erhalten wurden. Für alle Proben ergaben die Daten der Diamantspitze höhere Modul- und Härtewerte als die Daten der Wolframspitze. Die auf Diamant basierenden Modul- und Härtewerte für die Polymere waren höher als erwartet, da die Haftung zwischen Spitze und Probe im Vergleich zu Wolfram größer war, was zu einer größeren als erwarteten Kontaktfläche führte. Mit einer neuen analytischen Methode, die Unterschiede in der Haftung zwischen Spitze und Probe berücksichtigt, wurde festgestellt, dass die mit Diamant- und Wolframindenter berechneten Module übereinstimmten.