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Projekt
Nanoindenter
Fachliche Zuordnung
Werkstofftechnik
Förderung
Förderung in 2024
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 544085364
Die Nanoindentierung (auch instrumentierter Eindringversuch) ist eine Methode der Werkstoffprüfung zur Bestimmung der Härte von Materialien auf kleinen Längenskalen (20 nm – 20 µm). Hauptanwendungsgebiet ist die Härtebestimmung an dünnen Schichten in der Materialwissenschaft. Mittlerweile hat Nanoindentierung eine Anwendung in der Mechanik der biologischen Proben für die Charakterisierung von Härte und Steifigkeit der biologischen Materialien gefunden. Die Nanoindentierung ist von der klassischen Härteprüfung abgeleitet, findet aber in viel kleinerem Maßstab statt. Es wird eine harte Spitze mit bekannter Geometrie in die zu prüfende Oberfläche hineingedrückt. Durch die Miniaturisierung des Aufbaues ist es nur unter großem Aufwand möglich die Fläche des im Prüfling verbleibenden Härteeindruckes zu messen, wie das bei üblichen Verfahren zur Härtemessung getan wird. Deshalb werden bei der Nanoindentierung während des Versuchs die aufgebrachte Eindringkraft und der Eindringweg der Spitze gleichzeitig gemessen. Durch die bekannte Geometrie der Prüfspitze und den Messdaten für Eindringkraft und Eindringweg kann die Kontaktfläche, und in weiterer Folge die Härte berechnet werden. In diesen Antrag involvierten Arbeitsgruppen benötigen für ihre geplanten Projekte einen gut ausgestatteten Nanoindenter, der in der Lage ist, präzise quasistatische und kontinuierliche Steifigkeitsmessungen (CSM), dynamische nanomechanische Tests, In-situ-Topographie- und Eigenschafts-Kartierungen, Nano-Kratz-Tests sowie Messungen an feuchten Proben durchzuführen, was für biologische Proben von entscheidender Bedeutung ist. Die in den geplanten Projekten untersuchten Proben sind sowohl hinsichtlich ihrer Materialzusammensetzung als auch ihrer Geometrie und ihres mechanischen Verhaltens komplex und haben typischerweise eine Größe von einigen hundert Mikrometern. Die genaue Bestimmung der Materialeigenschaften solcher Proben würde daher zunächst eine hochauflösende Topographie- und Eigenschaftskartierung erfordern. Darüber hinaus sind biologische Proben in den meisten Fällen viskoelastisch, so dass dynamische CSM-Tests zur Charakterisierung von Speichermodul, Verlustmodul, komplexem Modul und Verlustfaktor erforderlich sind. Das Nano-Kratz-Modul wird auch für die Messung der tribologischen Eigenschaften in den geplanten Projekten benötigt. Die Antragsteller haben gezeigt, dass derzeit nur die beiden hier betrachteten Geräte über eine solche Kombination von Modulen verfügen, die die Anforderungen voll-ständig erfüllen können.
DFG-Verfahren
Forschungsgroßgeräte
Großgeräte
Nanoindenter
Gerätegruppe
2930 Härteprüfmaschinen, Reibungs- und Verschleiß-Prüfmaschinen
Antragstellende Institution
Christian-Albrechts-Universität zu Kiel
