1、納米壓痕技術(shù)納米壓痕技術(shù) 納米壓痕是一種先進的微尺度力學測量技術(shù)。它是通過測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。 測量的材料力學性能包括：彈性模量、硬度、屈服強度、斷裂韌性、應(yīng)變硬化效應(yīng)、粘彈性等。浙江大學力學實驗中心2納米壓痕測量儀器納米壓痕測量儀器一、TriboIndenter是Hysitron公司生產(chǎn)的低載荷原位納米力學測試系統(tǒng)，可進行壓入和劃入測試。右上圖為其核心部分。 Hysitron公司：1992年成立于美國明尼蘇達州，是一家專門致力于原位納米

2、力學測試系統(tǒng)設(shè)計、生產(chǎn)和銷售的公司。二、Nano Indenter是最早研制的壓入測量儀器。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。浙江大學力學實驗中心3光學顯微鏡傳感器樣品臺ComputerCSM Controller連續(xù)剛度測量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力學實驗中心4 Minus k Vibrati

3、on Isolation Table精密減振臺精密減振臺浙江大學力學實驗中心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 標準測試最大載荷：500mN 高載荷測試最大載荷：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浙江大學力學實驗中心6浙江大學力學實驗中心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，然后計算出接觸剛度即（2）式，用（3）式計算出接觸深度，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算樣品材料的彈性模量。8浙江大學力學實驗中心浙江大學力學實驗中心9傳統(tǒng)的準靜態(tài)納米壓痕測試是利用卸載曲線獲得接觸剛度，每個壓痕循環(huán)只能獲得最大壓痕深度處的一個硬度和模量。連續(xù)剛度測量技術(shù)則可以直接獲得壓入過程中采集的每個數(shù)據(jù)點對應(yīng)壓入深度的接觸剛度，進而計算出硬度與彈性模量等力學性能作為壓入深度的連續(xù)函數(shù)。12001cos1fsKKmZFS接觸剛度：H &E浙江大學力學實驗中心裝載樣品1打開電源，啟動電腦2打開Nanosuite軟件，進行操作3導出實驗相關(guān)數(shù)據(jù)，卸載樣品410