Stanovení modulu pružnosti v tahu tenké vrstvy - numerická analýza zkoušky mikrokompresního vzorku a "bulge testu"
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
B
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství
Abstract
Zjišťování mechanických vlastností velmi tenkých vrstev je poměrně obtížné. Všechny používané metody jsou zatíženy buď obtížnou interpretací naměřených dat nebo komplikovanou přípravou experimentálních vzorků. Pro lepší porozumění výslednému experimentálnmu záznamu lze využít simulace MKP. Předložená diplomová práce se zabývá numerickým modelováním dvou způsobů, jak tenké vrstvy zkoušet, a to mikrokompresní zkouškou a tzv. „bulge testem”. V případě mikrokompresní zkoušky jde o přípravu malých válcových vzorků (tzv. pilířků) z tenké hliníkové vrstvy napařené na křemíkovém substrátu pomocí „obrábění“ fokusovaným iontovým svazkem (FIB) v SEM. Následně jsou tyto pilířky zatěžovány v tlaku nanoindentorem s „plochým“ diamantovým hrotem. Cílem práce je pomocí simulací a výpočtů identifikovat faktory, jenž ovlivňují experimentální záznam, a tak stanovit přesnější odhad modul pružnosti v tahu hliníkové vrstvy. Druhá část předložené práce se zabývá numerickým modelováním bulge testu. Vrstva SiNx je namáhána tlakem tak, aby došlo jejímu vyboulení. Při namáhání dochází ve vrstvě ke stavu dvojosé napjatosti, což komplikuje vyhodnocení mechanických vlastností. Cílem této analýzy bylo ukázat, zda-li je možné proces testování spolehlivě numericky modelovat. Dále bylo stanoveno reziduální napětí ve vrstvě, jenž vzniká v důsledku přípravy vzorku. Výsledky zde prezentované mohou přispět k rozvoji v oblasti zkoušení tenkých vrstev.
Determination of mechanical properties of very thin films is rather difficult task as all of currently using testing techniques have some weakness. This master’s thesis deals with microcompressive test and bulge test. Finite element simulations of the two methods were carried out in order to better understanding of experimental record. Microcompression combines the sample preparation with the use of focused ion beam (FIB) with a compression test carried out using nanoindenter. Cylindrical specimens (pillars) were prepared from Al film deposited on Si substrate using FIB. Experimentally measured data on pillars needs correction to obtain undistorted material properties of Al thin film. A necessary correction using FE modeling is suggested in the thesis. Second part of the work is focused on modeling of bulge test. Pressure is applied on freestanding SiNx film while deflection of the film is measured. Stress state in the film is biaxial making determination of mechanical properties of the film more complicated. The goal is to present how to model the whole problem. In addition, preparation of the specimens was simulated to estimate residual stress in the film. The paper contributes to a better characterization of very thin surface layers and determination of their mechanical properties.
Determination of mechanical properties of very thin films is rather difficult task as all of currently using testing techniques have some weakness. This master’s thesis deals with microcompressive test and bulge test. Finite element simulations of the two methods were carried out in order to better understanding of experimental record. Microcompression combines the sample preparation with the use of focused ion beam (FIB) with a compression test carried out using nanoindenter. Cylindrical specimens (pillars) were prepared from Al film deposited on Si substrate using FIB. Experimentally measured data on pillars needs correction to obtain undistorted material properties of Al thin film. A necessary correction using FE modeling is suggested in the thesis. Second part of the work is focused on modeling of bulge test. Pressure is applied on freestanding SiNx film while deflection of the film is measured. Stress state in the film is biaxial making determination of mechanical properties of the film more complicated. The goal is to present how to model the whole problem. In addition, preparation of the specimens was simulated to estimate residual stress in the film. The paper contributes to a better characterization of very thin surface layers and determination of their mechanical properties.
Description
Citation
PETRÁČKOVÁ, K. Stanovení modulu pružnosti v tahu tenké vrstvy - numerická analýza zkoušky mikrokompresního vzorku a "bulge testu" [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. 2013.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
cs
Study field
Inženýrská mechanika a biomechanika
Comittee
prof. Ing. Josef Rosenberg, DrSc. (předseda)
Ing. Milan Roučka, CSc. (místopředseda)
prof. Ing. Přemysl Janíček, DrSc. (člen)
doc. Ing. Miloš Vlk, CSc. (člen)
prof. Ing. Eduard Malenovský, DrSc. (člen)
prof. RNDr. Ing. Jan Vrbka, DrSc., dr. h. c. (člen)
Ing. David Zalaba (člen)
Ing. Milan Kořista, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Zdeněk Florian, CSc. (člen)
Ing. Martin Zbožínek (člen)
Date of acceptance
2013-06-11
Defence
Diplomantka odprezentovala svou diplomovou práci a poté zodpověděla dotazy oponenta i členů komise.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení