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高精度纳米压痕测试设备

【摘要】:纳米压痕仪不仅能测量传统的硬度指标,也可以测量拉伸指标、冲击指标等,因此得到了广大纳米科技工作者的青睐。纳米压痕仪作为一种高精度的压痕测试设备,其载荷精度已达到几十个纳牛顿,位移精度达到0.1 nm,可以精确地完成量程为数十个纳米的压痕实验,形成了纳米压痕测量技术。图6-13纳米压痕仪全貌图局部放大图本章介绍的纳米压痕仪是指广义的纳米压痕仪,也可称作纳米力学测试系统。

纳米压痕仪(nanoindenter)不仅能测量传统的硬度指标,也可以测量拉伸指标、冲击指标等,因此得到了广大纳米科技工作者的青睐。实际上,压痕实验已有百余年历史,是基于压深传感的压痕技术(depth-sensing indentation)。在这种技术中,用已知材料性质的压头压入被测材料的表面,并实时且连续地记录载荷—位移加卸载曲线,可推断出材料的弹性模量、硬度、屈服应力、幂次律蠕变指数等。传统的压痕技术具有直接、简单的优点,但它的分辨率较低,通常需要足够深的压痕深度才能保证其数据的有效性。

随着材料制备技术水平的发展,材料越来越趋向于纳米尺寸,传统的压痕技术已经不能有效地测试低维材料的力学性能。纳米压痕仪(如图6-13所示)作为一种高精度的压痕测试设备,其载荷精度已达到几十个纳牛顿,位移精度达到0.1 nm,可以精确地完成量程为数十个纳米的压痕实验,形成了纳米压痕测量技术。由于纳米压痕实验可在极浅的深度下测量硬度,所以被广泛用于微米或纳米晶粒材料和薄膜的力学测量。

图6-13 纳米压痕仪

(a)全貌图 (b)局部放大图

本章介绍的纳米压痕仪是指广义的纳米压痕仪,也可称作纳米力学测试系统。除了提供高精度的纳米压痕测试外,还可提供相关的全面综合测试:如纳米划痕和磨损测试、纳米冲击和疲劳测试,以及在高温、液体环境中的测试。