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材料性能测试技术——纳米压痕法

文/ 发布于 2022-09-26 浏览次数：1517

仪器化压痕测试法，也叫纳米压痕法, 是一种测量硬度的方法。是材料测试的重要组成部分，它用于确定材料的塑性和弹性性能，如压痕弹性模量 EIT、压痕硬度 HIT 及压痕蠕变 CIT。

传统的硬度测试的缺陷

将一特定形状的压头用一个垂直的压力压入试样，根据卸载后的压痕照片获得材料表面留下的压痕半径或对角线长度计算出压痕面积。随着现代微电子材料科学的发展，试样规格越来越小型化，传统的压痕测量方法逐渐暴露出它的局限性。一是这种方法仅仅能够得到材料的塑性性质，另外这种测量方法只适用于较大尺寸的试样。

纳米压痕技术的优势与改进

纳米压痕技术也称深度敏感压痕技术，它通过计算机程序控制载荷发生连续变化，实时测量压痕深度，由于施加的是超低载荷，监测传感器具有优于1nm的位移分辨率，所以，可以达到小到纳米级（0.1~100nm）的压深，它特别适用于测量薄膜、涂层等超薄层材料力学性能，可以在纳米尺度上测量材料的力学性质，如载荷-位移曲线、弹性模量、硬度、断裂韧性、应变硬化效应、粘弹性或蠕变行为等。

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

工作原理

在仪器化压痕法测试过程中，压头按预定的加载曲线压入被测物，当达到设定的最大力值时，压头再次以可控的方式进行卸载。在加载和卸载过程中记录压入深度，通过施加的载荷、压头的形状和压痕深度就可以计算出各种性能参数。

技术应用

在表面技术领域，涂料长期以来一直是高科技产品。尤其是用于保护切削工具等零件免受磨损的涂层，涂层与基材的粘附程度对其可靠性和使用寿命具有决定性意义。
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(接触镜头、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。

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