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介紹納米壓痕技術(shù)的5大技術(shù)理論

 更新時(shí)間:2021-03-28 點(diǎn)擊量:1726
 
  納米壓痕技術(shù)也稱深度敏感壓痕技術(shù),是簡單的測試材料力學(xué)性質(zhì)的方法之一,在材料科學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。
  納米壓痕儀,又稱納米壓入儀,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(jié)果通過力與壓入深度的曲線計(jì)算得出,無需通過顯微鏡觀察壓痕面積。適用于有機(jī)或無機(jī)、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(xué)薄膜,微電子鍍膜,保護(hù)性薄膜,裝飾性薄膜等等。
  納米壓痕技術(shù)大體上有5種技術(shù)理論:
  (1)Oliver和Pharr方法:根據(jù)試驗(yàn)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,而硬度值則可由最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(jìn)行材料的硬度和彈性模量計(jì)算,沒有考慮納米尺度上的尺寸效應(yīng)。
  (2)應(yīng)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(yīng)。該方法適用于具有塑性的晶體材料。但該方法無法計(jì)算材料的彈性模量。
  (3)Hainsworth方法:由于卸載過程通常被認(rèn)為是一個(gè)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?yàn)樗鼈兊男遁d曲線無法與現(xiàn)有的模型相吻合。該方法的缺點(diǎn)是材料的塑性變形假設(shè)過于簡單,缺乏理論上支持。
  (4)體積比重法:主要用來計(jì)算薄膜/基體組合體系的硬度,但多局限于試驗(yàn)研究方法,試驗(yàn)的結(jié)果也難以*排除基體對薄膜力學(xué)性能的影響。
  (5)分子動力學(xué)模擬:該方法在原子尺度上考慮每個(gè)原子上所受到作用力、鍵合能以及晶體晶格常量,并運(yùn)用牛頓運(yùn)動方程來模擬原子間的相互作用結(jié)果,從而對納米尺度上的壓痕機(jī)理進(jìn)行解釋。
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