納米壓痕實(shí)驗(yàn)

1、納米壓痕技術(shù)納米壓痕技術(shù) 納米壓痕是一種先進(jìn)的微尺度力學(xué)測(cè)量技術(shù)。它是通過測(cè)量作用在壓針上的載荷和壓入樣品表面的深度來獲得材料的載荷-位移曲線。其壓入深度一般控制在微/納米尺度，因此要求測(cè)試儀器的位移傳感器具有優(yōu)于1nm的分辨率，所以稱之為納米壓痕儀。 測(cè)量的材料力學(xué)性能包括：彈性模量、硬度、屈服強(qiáng)度、斷裂韌性、應(yīng)變硬化效應(yīng)、粘彈性等。浙江大學(xué)力學(xué)實(shí)驗(yàn)中心2納米壓痕測(cè)量?jī)x器納米壓痕測(cè)量?jī)x器一、TriboIndenter是Hysitron公司生產(chǎn)的低載荷原位納米力學(xué)測(cè)試系統(tǒng)，可進(jìn)行壓入和劃入測(cè)試。右上圖為其核心部分。 Hysitron公司：1992年成立于美國明尼蘇達(dá)州，是一家專門致力于原位納米

2、力學(xué)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和銷售的公司。二、Nano Indenter是最早研制的壓入測(cè)量?jī)x器。右下圖為其核心部分。1983年Nano Instruments公司在美國田納西州成立并開始研發(fā)Nano Indenter，1998年被MTS公司收購，MTS公司2008年被Agilent公司收購。浙江大學(xué)力學(xué)實(shí)驗(yàn)中心3光學(xué)顯微鏡傳感器樣品臺(tái)ComputerCSM Controller連續(xù)剛度測(cè)量NanoSwift Controller控制和采集位移和力的變化MonitorKeyboardVibration Isolation Cabinet隔熱和隔音浙江大學(xué)力學(xué)實(shí)驗(yàn)中心4 Minus k Vibrati

3、on Isolation Table精密減振臺(tái)精密減振臺(tái)浙江大學(xué)力學(xué)實(shí)驗(yàn)中心5Schematic of the Nano Indenter G200Nano IndenterG200的技術(shù)參數(shù)的技術(shù)參數(shù) 載荷分辨率：50nN 標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試最大載荷：500mN 高載荷測(cè)試最大載荷：10N Z方向的位移分辨率：500m X-Y Table位移分辨率：1m 行程范圍：100 100mm 顯微鏡放大倍數(shù)： Video Screen ：25X Objective ：10X&40X浙江大學(xué)力學(xué)實(shí)驗(yàn)中心6浙江大學(xué)力學(xué)實(shí)驗(yàn)中心7最大載荷500mN，壓痕深度2100nm左右 7 1116 25 4 3 2

4、1 22maxmaxmaxmaxiirrcchhmfEEEASEAPHhfASPhhdhdPShhP用最小二乘法擬合卸載曲線頂端的25%30%，得到（1）式，然后計(jì)算出接觸剛度即（2）式，用（3）式計(jì)算出接觸深度，代入（4）中求得接觸面積，于是得到硬度即（5）式。利用接觸剛度和接觸面積計(jì)算得到折合模量即（6）式，然后利用（7）式以及壓針的模量和泊松比計(jì)算樣品材料的彈性模量。8浙江大學(xué)力學(xué)實(shí)驗(yàn)中心浙江大學(xué)力學(xué)實(shí)驗(yàn)中心9傳統(tǒng)的準(zhǔn)靜態(tài)納米壓痕測(cè)試是利用卸載曲線獲得接觸剛度，每個(gè)壓痕循環(huán)只能獲得最大壓痕深度處的一個(gè)硬度和模量。連續(xù)剛度測(cè)量技術(shù)則可以直接獲得壓入過程中采集的每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)壓入深度的接觸剛度，進(jìn)而計(jì)算出硬度與彈性模量等力學(xué)性能作為壓入深度的連續(xù)函數(shù)。12001cos1fsKKmZFS接觸剛度：H &E浙江大學(xué)力學(xué)實(shí)驗(yàn)中心裝載樣品1打開電源，啟動(dòng)電腦2打開Nanosuite軟件，進(jìn)行操作3導(dǎo)出實(shí)驗(yàn)相關(guān)數(shù)據(jù)，卸載樣品410