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纳米压痕仪的简介

2016年09月08日 11:17人气：1276

　　纳米压痕仪主要用于微纳米尺度薄膜材料的硬度与杨氏模量测试，测试结果通过力与压入深度的曲线计算得出，无需通过显微镜观察压痕面积。

　　仪器介绍

　　纳米压痕仪主要用于测量纳米尺度的硬度与弹性模量，可以用于研究或测试薄膜等纳米材料的接触刚度、蠕变、弹性功、塑性功、断裂韧性、应力-应变曲线、疲劳、存储模量及损耗模量等特性。可适用于有机或无机、软质或硬质材料的检测分析，包括PVD、CVD、PECVD薄膜，感光薄膜，彩绘釉漆，光学薄膜，微电子镀膜，保护性薄膜，装饰性薄膜等等。基体可以为软质或硬质材料，包括金属、合金、半导体、玻璃、矿物和有机材料等。

　　主要应用

　　半导体技术(钝化层、镀金属、Bond Pads)；存储材料(磁盘的保护层、磁盘基底上的磁性涂层、CD的保护层)；光学组件(*头、光纤、光学刮擦保护层)；金属蒸镀层；防磨损涂层(TiN, TiC, DLC, 切割工具)；药理学(药片、植入材料、生物组织)；工程学(油漆涂料、橡胶、触摸屏、MEMS)等行业；

　　技术特点

　　1、*符合ISO14577、ASTME2546

　　2、光学显微镜自动观察

　　3、*的热漂移控制技术

　　4、可硬度、刚度、弹性模量、断裂刚度、失效点、应力－应变、蠕变性能等力学数据。

　　5、适时测量载荷大小

　　6、采用独立的载荷加载系统与高分辨率的电容深度传感器

　　7、快速的压电陶瓷驱动的载荷反馈系统

　　8、双标准校正：熔融石英与蓝宝石

　　技术参数

　　zui大加载载荷：400mN

　　载荷分辨率：30nN

　　可实现的zui小载荷：1.5μN

　　位移分辨率：0.003nm

　　可实现的自小位移：0.04nm

　　可实现的zui大位移：250μm

　　热漂移：<0.05nm/s(室温条件下)

　　DMA模式：20Hz

　　常见技术原理

　　纳米压痕技术大体上有5种技术理论：

　　(1)、Oliver和Pharr方法：根据试验所测得的载荷一位移曲线，可以从卸载曲线的斜率求出弹性模量，而硬度值则可由zui大加载载荷和压痕的残余变形面积求得。该方法的不足之处是采用传统的硬度定义来进行材料的硬度和弹性模量计算，没有考虑纳米尺度上的尺寸效应。

　　(2)、应变梯度理论：材料硬度H 依赖于压头压人被测材料的深度h，并且随着压人深度的减小而增大，因此具有尺度效应。该方法适用于具有塑性的晶体材料。但该方法无法计算材料的弹性模量。

　　(3)、Hainsworth方法：由于卸载过程通常被认为是一个纯弹性过程，可以从卸载曲线求出材料弹性模量，并且可以根据卸载后的压痕残余变形求出材料的硬度。该方法适用于超硬薄膜或各向异性材料，因为它们的卸载曲线无法与现有的模型相吻合。该方法的缺点是材料的塑性变形假设过于简单，缺乏理论上支持。

　　(4)、体积比重法：主要用来计算薄膜／基体组合体系的硬度，但多局限于试验研究方法，试验的结果也难以*排除基体对薄膜力学性能的影响。

　　(5)、分子动力学模拟：该方法在原子尺度上考虑每个原子上所受到作用力、键合能以及晶体晶格常量，并运用牛顿运动方程来模拟原子间的相互作用结果，从而对纳米尺度上的压痕机理进行解释。

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