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Hysitron纳米压痕仪的测试模式和技术原理介绍

浏览次数:91发布日期:2022-10-13
  Hysitron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。微电子技术和微系统的发展,许多微小结构得到了实际应用。同时,材料在微小尺度下的力学性能也逐渐成为人们关注的对象,材料的微观力学性能研究也随之开展起来。在微电子技术、微机械和纳米摩檫学应用中,微构件的几何尺寸一般在微米级,而薄膜的厚度则往往是纳米级。在载荷的作用下,这些微小构件常常会表现出与宏观条件下所不同的特性,因而引起了人们的关注,目前这一领域已成为科学前沿和研究热点,Hysitron纳米压痕仪技术由于具有无损、可以在很小的局部范围测试材料的力学性能等优点,近十年来Hysitron纳米压痕仪在材料的微观力学性能研究方面得到了广泛的应用。
  Hysitron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Hysitron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。
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