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納米壓痕儀主要用于微納米尺度薄膜材料的硬度與楊氏模量測(cè)試，測(cè)試結(jié)果通過(guò)力與壓入深度的曲線計(jì)算得出，無(wú)需通過(guò)顯微鏡觀察壓痕面積。
儀器介紹
納米壓痕儀主要用于測(cè)量納米尺度的硬度與彈性模量，可以用于研究或測(cè)試薄膜等納米材料的接觸剛度、蠕變、彈性功、塑性功、斷裂韌性、應(yīng)力-應(yīng)變曲線、疲勞、存儲(chǔ)模量及損耗模量等特性?？蛇m用于有機(jī)或無(wú)機(jī)、軟質(zhì)或硬質(zhì)材料的檢測(cè)分析，包括PVD、CVD、PECVD薄膜，感光薄膜，彩繪釉漆，光學(xué)薄膜，微電子鍍膜，保護(hù)性薄膜，裝飾性薄膜等等。基體可以為軟質(zhì)或硬質(zhì)材料，包括金屬、合金、半導(dǎo)體、玻璃、礦物和有機(jī)材料等。
主要應(yīng)用
半導(dǎo)體技術(shù)(鈍化層、鍍金屬、Bond Pads)；存儲(chǔ)材料(磁盤(pán)的保護(hù)層、磁盤(pán)基底上的磁性涂層、CD的保護(hù)層)；光學(xué)組件(*頭、光纖、光學(xué)刮擦保護(hù)層)；金屬蒸鍍層；防磨損涂層(TiN, TiC, DLC, 切割工具)；藥理學(xué)(藥片、植入材料、生物組織)；工程學(xué)(油漆涂料、橡膠、觸摸屏、MEMS)等行業(yè)；
技術(shù)特點(diǎn)
1、*符合ISO14577、ASTME2546
2、光學(xué)顯微鏡自動(dòng)觀察
3、*的熱漂移控制技術(shù)
4、可硬度、剛度、彈性模量、斷裂剛度、失效點(diǎn)、應(yīng)力－應(yīng)變、蠕變性能等力學(xué)數(shù)據(jù)。
5、適時(shí)測(cè)量載荷大小
6、采用獨(dú)立的載荷加載系統(tǒng)與高分辨率的電容深度傳感器
7、快速的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)的載荷反饋系統(tǒng)
8、雙標(biāo)準(zhǔn)校正：熔融石英與藍(lán)寶石
技術(shù)參數(shù)
zui大加載載荷：400mN
載荷分辨率：30nN
可實(shí)現(xiàn)的zui小載荷：1.5μN
位移分辨率：0.003nm
可實(shí)現(xiàn)的自小位移：0.04nm
可實(shí)現(xiàn)的zui大位移：250μm
熱漂移：<0.05nm/s(室溫條件下)
DMA模式：20Hz
常見(jiàn)技術(shù)原理
納米壓痕技術(shù)大體上有5種技術(shù)理論：
(1)、Oliver和Pharr方法：根據(jù)試驗(yàn)所測(cè)得的載荷一位移曲線，可以從卸載曲線的斜率求出彈性模量，而硬度值則可由zui大加載載荷和壓痕的殘余變形面積求得。該方法的不足之處是采用傳統(tǒng)的硬度定義來(lái)進(jìn)行材料的硬度和彈性模量計(jì)算，沒(méi)有考慮納米尺度上的尺寸效應(yīng)。
(2)、應(yīng)變梯度理論：材料硬度H 依賴(lài)于壓頭壓人被測(cè)材料的深度h，并且隨著壓人深度的減小而增大，因此具有尺度效應(yīng)。該方法適用于具有塑性的晶體材料。但該方法無(wú)法計(jì)算材料的彈性模量。
(3)、Hainsworth方法：由于卸載過(guò)程通常被認(rèn)為是一個(gè)純彈性過(guò)程，可以從卸載曲線求出材料彈性模量，并且可以根據(jù)卸載后的壓痕殘余變形求出材料的硬度。該方法適用于超硬薄膜或各向異性材料，因?yàn)樗鼈兊男遁d曲線無(wú)法與現(xiàn)有的模型相吻合。該方法的缺點(diǎn)是材料的塑性變形假設(shè)過(guò)于簡(jiǎn)單，缺乏理論上支持。
(4)、體積比重法 ：主要用來(lái)計(jì)算薄膜／基體組合體系的硬度，但多局限于試驗(yàn)研究方法，試驗(yàn)的結(jié)果也難以*排除基體對(duì)薄膜力學(xué)性能的影響。
(5)、分子動(dòng)力學(xué)模擬 ：該方法在原子尺度上考慮每個(gè)原子上所受到作用力、鍵合能以及晶體晶格常量，并運(yùn)用牛頓運(yùn)動(dòng)方程來(lái)模擬原子間的相互作用結(jié)果，從而對(duì)納米尺度上的壓痕機(jī)理進(jìn)行解釋。
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第62屆中國(guó)高等教育博覽會(huì)
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