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布魯克公司 UMT 系列多功能材料力學(xué)測(cè)試系統(tǒng)

布魯克TMT部門，是目前材料表面力學(xué)及摩擦磨損測(cè)試儀器制造商，同時(shí)也是材料表面力學(xué)及摩擦學(xué)技術(shù)咨詢服務(wù)商。

布魯克公司生產(chǎn)的UMT 系列多功能材料力學(xué)測(cè)試儀采用模塊化設(shè)計(jì)的硬件結(jié)構(gòu)，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(gè)多功能，可操作性強(qiáng)，應(yīng)用廣泛的試驗(yàn)平臺(tái)。UMT 系列產(chǎn)品主要用于從納米、顯微及宏觀水平上，對(duì)各種材料，薄膜/涂層/改性層，固態(tài)或液態(tài)的潤(rùn)滑層，潤(rùn)滑油和潤(rùn)滑劑的力學(xué)、摩擦學(xué)研究及其評(píng)價(jià)的測(cè)試系統(tǒng)。被測(cè)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(yīng)用于材料科學(xué)、薄膜涂層、生物、化工、石油、微電子、微型傳感器、半導(dǎo)體材料、自動(dòng)控制、航空航天、汽車工業(yè)及機(jī)械工具的材料研究和開發(fā)，還可以應(yīng)用于工業(yè)產(chǎn)品的失效與可靠性的評(píng)價(jià)、質(zhì)量控制及檢驗(yàn)；也可以按所有的 ASTM 和多種 ISO 的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)量。同時(shí)也可以向各類不同領(lǐng)域中的用戶提供檢測(cè)服務(wù)。UMT 具有長(zhǎng)期的穩(wěn)定性和可重復(fù)性，可以對(duì)各種薄膜/涂層通過(guò)壓/劃/磨等測(cè)試其結(jié)合強(qiáng)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(rùn)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(xué)領(lǐng)域，可以對(duì)骨關(guān)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(dòng)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(yùn)動(dòng)條件下進(jìn)行微載荷力學(xué)測(cè)試。以及對(duì)外科手術(shù)縫合線和注射針頭等醫(yī)用產(chǎn)品進(jìn)行失效與可靠性的評(píng)價(jià)。UMT 系列是由控制器和檢測(cè)器組成的。控制器是由八個(gè)數(shù)據(jù)通道和一個(gè)對(duì)所有運(yùn)動(dòng)模式進(jìn)行模擬的智能化執(zhí)行器所組成。因此，在一個(gè)測(cè)試過(guò)程中UMT 可實(shí)現(xiàn)多種信號(hào)的同時(shí)原位檢測(cè)：摩擦力、載荷力、轉(zhuǎn)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(cè)器上裝有高精密度的傳感器， 這樣 UMT 就可以監(jiān)測(cè)樣品在垂直和水平方向的位置、受力情況以及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。另外在系統(tǒng)的選配件中還提供了試驗(yàn)過(guò)程中對(duì)界面微變化情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)字?jǐn)z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(xué)測(cè)試模塊

1、主機(jī)和控制平臺(tái)：提供閉環(huán)伺服力加載系統(tǒng)，X、Z-方向運(yùn)動(dòng)控制，多路數(shù)據(jù)通道和自動(dòng)電腦控制系統(tǒng)。

Z 方向形程：150mm。

X 方向形程：75mm。

軟件控制上樣品和下樣品的運(yùn)動(dòng)，包括可變的方向和持續(xù)時(shí)間，速度和加速度。

用計(jì)算機(jī)處理，能夠原位實(shí)時(shí)采集、顯示/觀察和記錄*多至 16種測(cè)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(hào)，時(shí)間和距離等。

結(jié)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(kù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。

2、Y-樣品臺(tái)，高精度測(cè)試平臺(tái)。

形程：75mm。

3、功能測(cè)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。

完全符合 ISO14577-1/02 標(biāo)準(zhǔn)。

加載力：400mN。

分辨率：0.1μN。

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(cè)量。

超高精度納米劃痕深度控制。

原子力原位成像掃描。

加載力：100mN。

X-Y 精確定位樣品臺(tái)：100μm。

定位分辨率：10nm。

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。

完全符合 ISO14577-1/02 標(biāo)準(zhǔn)。

加載力范圍：0.1mN-200N。

分辨率：1μN

（D）顯微劃痕（Micro-Scratch）

加載系統(tǒng)：精確的自動(dòng)伺服控制加載，可恒力加載或連續(xù)線性加載。

針尖：

絡(luò)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(shù)，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(dá)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(xué)顯微鏡：550X。

CCD相機(jī)：視頻及靜止圖像。

表面形貌觀察及檢測(cè)：原子力顯微鏡或三維形貌儀。

劃痕模式: 通過(guò)獨(dú)特的閉環(huán)的伺服機(jī)械系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確動(dòng)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(guò)軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品的任意動(dòng)態(tài)加載模式。

可實(shí)時(shí)記錄法向力／摩擦力／穿透深度／聲發(fā)射信號(hào)，從而可對(duì)實(shí)際樣品準(zhǔn)確可靠的獲得膜與基底的結(jié)合力，或研究薄膜或其他樣品表面的摩擦／磨損行為。

實(shí)時(shí)在線的光學(xué)顯微鏡觀察及紀(jì)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(shí)時(shí)光學(xué)顯微鏡的三維形貌分析儀。

閉環(huán)壓電陶瓷掃描平臺(tái)，機(jī)械噪音極低。

雙光學(xué)傳感器設(shè)計(jì)，測(cè)量范圍寬。

彩色 CCD相機(jī)。

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(cè)量，適用于高精度拋光表面和粗糙的機(jī)加工表面。

劃痕、磨痕高度、寬度和體積測(cè)量。

薄膜厚度測(cè)量，臺(tái)階測(cè)量。

薄膜應(yīng)力測(cè)量。

微電子微結(jié)構(gòu)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(tái)階高度測(cè)量重復(fù)性：0.8nm。

（F）摩擦磨損（Tribology）

獨(dú)特的閉環(huán)動(dòng)態(tài)伺服加載。

適用于薄膜微納摩擦/磨損測(cè)試的獨(dú)特微力加載系統(tǒng)。

載荷范圍，UNMT-1：1μN – 10N；UMT-2：1mN – 200N；UMT-3：0.1N – 1 kN。

多種運(yùn)動(dòng)模式：球（銷）/盤，高速線性往復(fù)，環(huán)/塊，盤/盤，球/球（四球） ，缸套活塞環(huán)等。

銷球盤旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)速度：0.001rpm – 5000rpm。

高速線性往復(fù)運(yùn)動(dòng)頻率：0 – 50Hz。

環(huán)塊運(yùn)動(dòng)速度：0 – 7000。

多種傳感器技術(shù)（摩擦力，聲發(fā)射，接觸電阻） 。

獨(dú)特的六維（三維力和三維扭矩）傳感器。

螺母－螺絲間隙耦合，滑動(dòng)和滾動(dòng)的齒輪，人工關(guān)節(jié)、牙齒、人造心臟瓣膜、人造皮膚、外科手術(shù)縫合線和注射針頭等產(chǎn)品摩擦磨損試驗(yàn)。

可在高低溫、濕度、真空等環(huán)境下試驗(yàn)。

UMT的獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)：

1． 多種運(yùn)動(dòng)模式：

上/下樣品臺(tái)可以獨(dú)立的實(shí)現(xiàn)多種運(yùn)動(dòng)模式：線性運(yùn)動(dòng)、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、振動(dòng)，還可以通過(guò)軟、硬件實(shí)現(xiàn)各

種復(fù)雜的復(fù)合運(yùn)動(dòng)模式；

2．獨(dú)特的動(dòng)態(tài)加載： （獨(dú)特的閉環(huán)的伺服加載）

恒力加載模式、線性增量加載模式，通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品的任意動(dòng)態(tài)加載模式。

這種動(dòng)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(guó) CETR擁有**）

可同時(shí)原位檢測(cè)三個(gè)軸向的力和力矩的動(dòng)態(tài)變化。

4．微金剛石鏟子： （美國(guó) CETR擁有**）

可實(shí)現(xiàn)薄膜與基體準(zhǔn)確的結(jié)合力測(cè)試。薄膜與基體結(jié)合力更加準(zhǔn)確的測(cè)試方法：傳統(tǒng)結(jié)合力是借助圓錐形的探針做劃痕試驗(yàn)來(lái)獲得，這種方法得到的結(jié)合力更多的上反映的是膜材本身的強(qiáng)度，而并非真正意義上的結(jié)合力。微金剛石鏟子可以很準(zhǔn)確的對(duì)結(jié)合力進(jìn)行測(cè)試。

5．能按照所有的 ASTM標(biāo)準(zhǔn)和多種 ISO 的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試。

所有的測(cè)試功能和數(shù)據(jù)采集都是在UMT一臺(tái)儀器上實(shí)現(xiàn)的。