Application of micromechanical testing for study of materials in nano-volumes
Project goals
Characterisation of the size of the effective plastic zone as a function of temperature and strain rate, elucidating the role of lattice friction stress and changes in deformation modes due to thermal activation. Changes in plastic deformation mechanisms, i.e., dislocation slip or twinning, may occur due to changes in the deformation mode, including their interdependence in the initial stages of plastic deformation. The results will be verified on materials in confined volumes, especially on thin films, which are of great importance for potential applications. Limits of indentation measurements of mechanical properties of materials in the nano-volume due to the limitations of the instrumentation and models used. The actual tip shape and its curvature, methods for evaluating the contact area, the effect of loading rate and its type, temperature flux compensation during tests at elevated temperatures, the effect of surface roughness and other material characteristics of the material under test, which can introduce errors of tens of percent into the measurements, will be studied. A sub-task of the proposed project is to determine the influence of these parameters on the results of indentation measurements at depths of units to hundreds of nanometres. Computer model of the interaction of an indenter with a thin layer. A numerical model for the indentation of thin layer material at the submicron level is essential for the determination of the plastic deformation mechanism and for the correct interpretation of indentation tests. Among the expected outputs of the model will be a description of the stress and strain conditions for the development of plastic deformation under the indenter and the determination of the actual size of the contact area, taking into account the actual shape of the indenter as well as the different mechanical properties of the material under the thin layer.
Keywords
nanoindentacemikromechanické zkouškyfaktor velikostiplastická deformacemetoda konečných prvků
Public support
Provider
Ministry of Education, Youth and Sports
Programme
—
Call for proposals
SMSM2024LU004
Main participants
České vysoké učení technické v Praze / Fakulta jaderná a fyzikálně inženýrská
Contest type
VS - Public tender
Contract ID
-
Alternative language
Project name in Czech
Využití mikromechanických zkoušek pro studium materiálů v nanoobjemu
Annotation in Czech
Studium velikosti efektivní plastické zóny v závislosti na teplotě a rychlosti deformace, objasnění role třecího napětí mřížky a změn deformačních režimů vlivem tepelné aktivace. Vlivem změny deformačního módu může docházet ke změnám mechanismů plastické deformace, tj. dislokační skluz nebo dvojčatění, včetně jejich provázanosti v počátečních fázích plastické deformace. Výsledky budou ověřeny na materiálech ve stísněných objemech, zejména na tenkých vrstvách, které mají velký význam pro potenciální aplikace. Limity indentačních měření mechanických vlastností materiálů v nanoobjemu v důsledku omezených možností přístrojové techniky a využívaných modelů. Bude studován skutečný tvar hrotu a jeho zaoblení, metody vyhodnocení kontaktní plochy, vliv rychlosti zatěžování a jeho typ, kompenzace teplotního toku při testech za zvýšených teplot, vliv drsnosti povrchu a dalších materiálových charakteristik zkoušeného materiálu, které mohou do měření vnést chyby v řádu desítek procent. Dílčím cílem navrhovaného projektu je určit vliv těchto parametrů na výsledky indentačních měření v hloubkách jednotek až stovek nanometrů. Počítačový model interakce indentoru s tenkou vrstvou. Numerický model pro indentaci tenké vrstvy materiálu na submikronové úrovni je nezbytný pro stanovení mechanismu plastické deformace a pro správnou interpretaci indentačních zkoušek. Mezi očekávanými výstupy modelu bude popis napěťových a deformačních podmínek pro rozvoj plastické deformace pod indentorem a stanovení skutečné velikosti kontaktní plochy s přihlédnutím ke skutečnému tvaru indentoru i k odlišným mechanickým vlastnostem materiálu pod tenkou vrstvou.
Scientific branches
Solution timeline
Realization period - beginning
Sep 1, 2024
Realization period - end
Aug 31, 2026
Project status
B - Running multi-year project
Latest support payment
Feb 24, 2025
Data delivery to CEP
Confidentiality
S - Úplné a pravdivé údaje o projektu nepodléhají ochraně podle zvláštních právních předpisů
Data delivery code
CEP25-MSM-LU-R
Data delivery date
Mar 7, 2025
Finance
Total approved costs
2,987 thou. CZK
Public financial support
2,987 thou. CZK
Other public sources
0 thou. CZK
Non public and foreign sources
0 thou. CZK
Basic information
Recognised costs
2 987 CZK thou.
Public support
2 987 CZK thou.
100%
Provider
Ministry of Education, Youth and Sports
OECD FORD
Materials engineering
Solution period
01. 09. 2024 - 31. 08. 2026