Измерение твердости на нанометровом масштабе линейных размеров чрезвычайно актуально при исследовании тонких пленок и покрытий, а также при изучении свойств отдельных фазовых и структурных составляющих различных сплавов. Часто твердость, измеренную при малых глубинах внедрения зонда (индентора) в материал, называют нанотвердостью. Величина твердости материала в нано-объеме определяется вдавливанием острого алмазного наконечника с одновременной регистрацией приложенной к индентору нагрузки и перемещения индентора под действием этой нагрузки.
При работе всех нанотвердомеров существует проблема точного определения формы индентирующего наконечника. Известно, что при взаимодействии с твердыми поверхностями, геометрия наконечника изменяется (затупление кончика, стачивание ребер и т.п.). Все эти параметры влияют на площадь поверхности наконечника зонда и, как следствие, на определение характеристик материала. Таким образом, для проведения достоверных измерений нанотвердости требуется обеспечение метрологического контроля формы наконечника индентора с субнанометровой точностью.
В лаборатории лазерной диагностики НИЯУ МИФИ разработали трехкоординатный гетеродинный лазерный интерферометр с поляризационным разделением лучей в опорном и измерительном плечах. Автор проекта – студентка 1 курса магистратуры НИЯУ МИФИ Мария Понарина, научный руководитель профессор кафедры №37 А.П. Кузнецов.
В качестве основы для создания системы, способной проводить характеризацию формы поверхности инденторов нанотвердомеров, была выбрана лазерная интерферометрия, обеспечивающая высокую точность и метрологичность измерений. Данная оптическая схема позволяет встраивать интерферометр в серийно выпускаемые нанотвердомеры. Диапазон измерений интерферометром по всем трем осям составляет 100х100х10 мкм, разрешение измерений 0,01 нм.
По сравнению с остальными методами измерений функций форм наконечников зондов, метод, предложенный сотрудниками НИЯУ МИФИ, обладает высокой точностью, бόльшим разрешением и обеспечивает прослеживаемость измерений к эталону метра через длину волны частотно стабилизированного He-Ne лазера.