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材料性能測試技術(shù)——納米壓痕法

文/ 發(fā)布于 2022-09-26 瀏覽次數(shù):2174

儀器化壓痕測試法,也叫納米壓痕法, 是一種測量硬度的方法。是材料測試的重要組成部分,它用于確定材料的塑性和彈性性能,如壓痕彈性模量 EIT、壓痕硬度 HIT 及壓痕蠕變 CIT。

傳統(tǒng)的硬度測試的缺陷


將一特定形狀的壓頭用一個(gè)垂直的壓力壓入試樣,根據(jù)卸載后的壓痕照片獲得材料表面留下的壓痕半徑或?qū)蔷€長度計(jì)算出壓痕面積。隨著現(xiàn)代微電子材料科學(xué)的發(fā)展,試樣規(guī)格越來越小型化,傳統(tǒng)的壓痕測量方法逐漸暴露出它的局限性。一是這種方法僅僅能夠得到材料的塑性性質(zhì),另外這種測量方法只適用于較大尺寸的試樣。
納米壓痕技術(shù)的優(yōu)勢與改進(jìn)
納米壓痕技術(shù)也稱深度敏感壓痕技術(shù),它通過計(jì)算機(jī)程序控制載荷發(fā)生連續(xù)變化,實(shí)時(shí)測量壓痕深度,由于施加的是超低載荷,監(jiān)測傳感器具有優(yōu)于1nm的位移分辨率,所以,可以達(dá)到小到納米級(0.1~100nm)的壓深,它特別適用于測量薄膜、涂層等超薄層材料力學(xué)性能,可以在納米尺度上測量材料的力學(xué)性質(zhì),如載荷-位移曲線、彈性模量、硬度、斷裂韌性、應(yīng)變硬化效應(yīng)、粘彈性或蠕變行為等。

納米壓痕儀主要用于測量納米尺度的硬度
與彈性模量,可以用于研究或測試薄膜等
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、
存儲模量及損耗模量等特性

工作原理


在儀器化壓痕法測試過程中,壓頭按預(yù)定的加載曲線壓入被測物,當(dāng)達(dá)到設(shè)定的最大力值時(shí),壓頭再次以可控的方式進(jìn)行卸載。在加載和卸載過程中記錄壓入深度,通過施加的載荷、壓頭的形狀和壓痕深度就可以計(jì)算出各種性能參數(shù)。

技術(shù)應(yīng)用


在表面技術(shù)領(lǐng)域,涂料長期以來一直是高科技產(chǎn)品。尤其是用于保護(hù)切削工具等零件免受磨損的涂層,涂層與基材的粘附程度對其可靠性和使用壽命具有決定性意義。
半導(dǎo)體技術(shù)(鈍化層、鍍金屬、Bond Pads);存儲材料(磁盤的保護(hù)層、磁盤基底上的磁性涂層、CD的保護(hù)層);光學(xué)組件(接觸鏡頭、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)。


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