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岱美与您分享纳米压痕仪的技术原理及局限性

发表时间:2022-05-24  |  点击率:45
  纳米压痕仪是一种准确,灵活,使用方便的纳米级机械测试仪器。它测量杨氏模量和硬度,包括从纳米到毫米的六个数量级的形变测量。该系统还可以测量聚合物,凝胶和生物组织的复数模量以及薄金属膜的蠕变响应(应变率灵敏度)。模块化选项可适用于各种应用:频率特定测试,定量刮擦和磨损测试,集成的基于探头的成像,高温纳米压痕测试,扩展负载容量高达10N和自定义测试。
 

 

  纳米压痕仪主要适用于测量纳米尺度的硬度与弹性模量,测量结果通过载荷及压入深度曲线计算得出,无需应用显微镜观测压痕面积。可被用于有机或无机、软质或硬质材料的检测分析,包括PVD、CVD、PECVD薄膜,感光薄膜,彩绘油漆,光学薄膜,微电子镀膜等等。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。
 
  纳米压痕仪的技术原理及局限性:
  1、体积占比量法:主要用来计算薄膜或基体组合体系的硬度,但局限于试验研究方法,基体对薄膜力学性能的影响在试验的结果上不方便排除。
  2、分子动力学模拟法:该方法是在原子尺度上去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,局限性是只适用于原子尺度。 
  3、Oliver和Pharr法:这是较为常用的一种方法。硬度值可由最大加载载荷和压痕的残余变形面积求得,而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。采用原始的硬度定义来进行材料的硬度和弹性模量计算而没有考虑纳米尺度上的尺寸效应是这个方法的不足之处。
  4、梯度随数变化理论:材料硬度H依赖于被测材料的深度H,有压人压头之称,并且随着压人深度的减小而增大,因此具有尺度效应,适用于具有塑性的晶体材料。但该方法就是无法计算材料的弹性模量。
  以上这4种原理是在各模式测试过程中会遇到的方法,每一种方法都体现纳米压痕仪与被测材料的关系,研究人员可根据不同的条件需求,正确选取测量方法。