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納米壓痕儀的簡介

   2016年09月08日 11:17  
   納米壓痕儀主要用于微納米尺度薄膜材料的硬度與楊氏模量測試,測試結果通過力與壓入深度的曲線計算得出,無需通過顯微鏡觀察壓痕面積。
  
  儀器介紹
  
  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、應力-應變曲線、疲勞、存儲模量及損耗模量等特性??蛇m用于有機或無機、軟質(zhì)或硬質(zhì)材料的檢測分析,包括PVD、CVD、PECVD薄膜,感光薄膜,彩繪釉漆,光學薄膜,微電子鍍膜,保護性薄膜,裝飾性薄膜等等。基體可以為軟質(zhì)或硬質(zhì)材料,包括金屬、合金、半導體、玻璃、礦物和有機材料等。 
  
  主要應用
  
  半導體技術(鈍化層、鍍金屬、Bond Pads);存儲材料(磁盤的保護層、磁盤基底上的磁性涂層、CD的保護層);光學組件(*頭、光纖、光學刮擦保護層);金屬蒸鍍層;防磨損涂層(TiN, TiC, DLC, 切割工具);藥理學(藥片、植入材料、生物組織);工程學(油漆涂料、橡膠、觸摸屏、MEMS)等行業(yè);
  
  技術特點
  
  1、*符合ISO14577、ASTME2546
  
  2、光學顯微鏡自動觀察
  
  3、*的熱漂移控制技術
  
  4、可硬度、剛度、彈性模量、斷裂剛度、失效點、應力-應變、蠕變性能等力學數(shù)據(jù)。
  
  5、適時測量載荷大小
  
  6、采用獨立的載荷加載系統(tǒng)與高分辨率的電容深度傳感器
  
  7、快速的壓電陶瓷驅動的載荷反饋系統(tǒng)
  
  8、雙標準校正:熔融石英與藍寶石
  
  技術參數(shù)
  
  zui大加載載荷:400mN
  
  載荷分辨率:30nN
  
  可實現(xiàn)的zui小載荷:1.5μN
  
  位移分辨率:0.003nm
  
  可實現(xiàn)的自小位移:0.04nm
  
  可實現(xiàn)的zui大位移:250μm
  
  熱漂移:<0.05nm/s(室溫條件下)
  
  DMA模式:20Hz
  
  常見技術原理
  
  納米壓痕技術大體上有5種技術理論: 
  
  (1)、Oliver和Pharr方法:根據(jù)試驗所測得的載荷一位移曲線,可以從卸載曲線的斜率求出彈性模量,而硬度值則可由zui大加載載荷和壓痕的殘余變形面積求得。該方法的不足之處是采用傳統(tǒng)的硬度定義來進行材料的硬度和彈性模量計算,沒有考慮納米尺度上的尺寸效應。 
  
  (2)、應變梯度理論:材料硬度H 依賴于壓頭壓人被測材料的深度h,并且隨著壓人深度的減小而增大,因此具有尺度效應。該方法適用于具有塑性的晶體材料。但該方法無法計算材料的彈性模量。 
  
  (3)、Hainsworth方法:由于卸載過程通常被認為是一個純彈性過程,可以從卸載曲線求出材料彈性模量,并且可以根據(jù)卸載后的壓痕殘余變形求出材料的硬度。該方法適用于超硬薄膜或各向異性材料,因為它們的卸載曲線無法與現(xiàn)有的模型相吻合。該方法的缺點是材料的塑性變形假設過于簡單,缺乏理論上支持。
  
  (4)、體積比重法 :主要用來計算薄膜/基體組合體系的硬度,但多局限于試驗研究方法,試驗的結果也難以*排除基體對薄膜力學性能的影響。 
  
  (5)、分子動力學模擬 :該方法在原子尺度上考慮每個原子上所受到作用力、鍵合能以及晶體晶格常量,并運用牛頓運動方程來模擬原子間的相互作用結果,從而對納米尺度上的壓痕機理進行解釋。 

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