Введение
Глава 1 Обзор моделей контактного взаимодействия зонда с поверхностью 20
1.1 Упругие силы 20
1.2 Критерии начала пластической деформации 23
1.3 Адгезионные модели 25
1.4 Инструментальное индентирование: упругие и пластические деформации 36
1.5 Капиллярные силы. 40
1.6 Данные о толщинах слоев адсорбированной жидкости и оксидов 48
1.7 Модели, описывающие вязкое растекание жидкости под острием зонда 50
1.8 Теория и модели вязкоупругого взаимодействия 53
1.9 Упруго-пластическое столкновение тел. 58
1.10 Сдвиг частоты колебаний зонда в контакте с поверхностью 59
Глава 2 Принципы работы нанотвердомеров 63
2.1 Описание конструкций приборов 63
2.2 Зондовые датчики СЗМ «НаноСкан» 69
2.3 Динамические методы измерений
2.3.1 Непрерывное измерение жесткости. 72
2.3.2 Картографирование механических свойств поверхности. 74
2.4 Измерения методом ультразвукового контактного импеданса 76
Глава 3 Анализ автогенераторного тракта и принципов измерения параметров колебаний зонда в приборах «НаноСкан» 79
3.1 Численный и экспериментальный анализ камертонно-балочных конструкций 79
3.2 Аналитическое рассмотрение пьезокерамического биморфного зонда в составе автогенераторного тракта 83
3.3 Общее решение квазистационарного нелинейного уравнения колебаний 94
3.4 Свободные колебания зонда 99
3.5 Влияние привнесенных потерь на амплитуду колебаний зонда 101
Глава 4 Модели, объясняющие изменение частоты колебаний зонда в процессе подвода зонда к поверхности 105
4.1 Анализ экспериментальных данных о форме острия индентора 105
4.2 Взаимодействие по модели Герца. Расчеты и экспериментальная проверка 108
4.3 Контакт индентора в форме усеченного конуса с поверхностью. Расчеты и экспериментальная проверка 115
4.4 Упруго-пластическое взаимодействие с образцом. Расчеты и экспериментальная проверка 122
Глава 5 STRONG Электрический ток, протекающий через область контакта острия индентора с
образцом STRONG 128
5.1 Электрический ток при квазистатическом контакте индентора с поверхностью 128
5.2 Электрический ток при динамическом контакте индентора с поверхностью. Расчеты и экспериментальная проверка 130
Глава 6 Анализ явлений, влияющие на амплитуду колебаний зонда 134
6.1 Влияние слоя вязкой жидкости, находящейся на поверхности образца. Расчет и результаты модельного эксперимента. 134
6.2 Оценка влияния капиллярных эффектов 141
6.3 Влияние вязкоупругих свойств образца на поведение зонда. Расчет и экспериментальная проверка 143
6.4 Оценка потерь, обусловленных пластической деформацией образца 151
6.5 Падение амплитуды из-за наличия полосно-пропускающего фильтра в тракте возбуждения автоколебаний. Результаты модельных экспериментов. 153
Глава 7 Построение карт механических свойств поверхности во время сканирования 160
7.1 Оценка сдвига резонансной частоты, при которой происходит пластическая деформация поверхности 160
7.2 Картографирование модуля упругости. Экспериментальное подтверждение возможности 165
7.3 Картографирование отношения твердости к квадрату модуля упругости. Экспериментальное исследование влияния рельефа поверхности на точность измерений 170
Заключение 189
Список литературы 194
