纳米压痕实验课件

纳米压痕实验纳米压痕实验纳米压痕技术纳米压痕是一种先进的微尺度力学测量技术。它是通过测量作用在压针上的载荷和压入样品表面的深度来获得材料的载荷-位移曲线。其压入深度一般控制在微/纳米尺度，因此要求测试仪器的位移传感器具有优于1nm的分辨率，所以称之为纳米压痕仪。测量的材料力学性能包括：弹性模量、硬度、屈服强度、断裂韧性、应变硬化效应、粘弹性等。浙江大学力学实验中心2纳米压痕技术纳米压痕是一种先进的微尺度力学测量技术。它是通过纳米压痕测量仪器一、TriboIndenter®是Hysitron公司生产的低载荷原位纳米力学测试系统，可进行压入和划入测试。右上图为其核心部分。

Hysitron公司：1992年成立于美国明尼苏达州，是一家专门致力于原位纳米力学测试系统设计、生产和销售的公司。二、NanoIndenter®是最早研制的压入测量仪器。右下图为其核心部分。1983年NanoInstruments公司在美国田纳西州成立并开始研发NanoIndenter®，1998年被MTS公司收购，MTS公司2008年被Agilent公司收购。浙江大学力学实验中心3光学显微镜传感器样品台纳米压痕测量仪器一、TriboIndenter®是HysitComputerCSMController连续刚度测量NanoSwiftController控制和采集位移和力的变化MonitorKeyboardVibrationIsolationCabinet隔热和隔音浙江大学力学实验中心4NanoIndenter®G200系统外观ComputerCSMControllerNanoSwif

NanoIndenterG200MinuskVibrationIsolationTable精密减振台NanoIndenter®G200核心部分浙江大学力学实验中心5SchematicoftheNanoIndenterG200NanoIndenterG200MinuskViNanoIndenter®G200的技术参数载荷分辨率：50nN标准测试最大载荷：500mN高载荷测试最大载荷：10NZ方向的位移分辨率：<0.01nm最大压入深度：>500μmX-YTable位移分辨率：1μm行程范围：100×100mm显微镜放大倍数：VideoScreen：25XObjective：10X&40X浙江大学力学实验中心6上图是进行显微镜校准时得到：沿45°方向，间距为50μm的三个压痕显微镜放大倍数为250倍视距约为250×50μm=12.5mmNanoIndenter®G200的技术参数载荷分辨率：5标准测试的载荷-位移曲线浙江大学力学实验中心7最大载荷<500mN，压痕深度2100nm左右标准测试的载荷-位移曲线浙江大学力学实验中心7最大载荷<50压痕实验原理用最小二乘法拟合卸载曲线顶端的25%~30%，得到（1）式，然后计算出接触刚度即（2）式，用（3）式计算出接触深度，代入（4）中求得接触面积，于是得到硬度即（5）式。利用接触刚度和接触面积计算得到折合模量即（6）式，然后利用（7）式以及压针的模量和泊松比计算样品材料的弹性模量。8浙江大学力学实验中心压痕实验原理用最小二乘法拟合卸载曲线顶端的25%~30%，得CSM技术浙江大学力学实验中心9传统的准静态纳米压痕测试是利用卸载曲线获得接触刚度，每个压痕循环只能获得最大压痕深度处的一个硬度和模量。连续刚度测量技术则可以直接获得压入过程中采集的每个数据点对应压入深度的接触刚度，进而计算出硬度与弹性模量等力学性能作为压入深度的连续函数。H&ECSM技术浙江大学力学实验中心9传统的准静态纳米压痕测试是利浙江大学力学实验中心操作流程装载样品1打开电源，启动电脑2打开Nanosuite软件，进行操作3导出实验相关数据，卸载样品410浙江大学力学实验中心操作流程装载样品1打开电源，启动电脑2打装载样品浙江大学力学实验中心11装载样品浙江大学力学实验中心11Nanosuite软件界面浙江大学力学实验中心12Nanosuite软件界面浙江大学力学实验中心12浙江大学力学实验中心注意事项1）2）3）13浙江大学力学实验中心注意事项1）2）3）13浙江大学力学实验中心14Thankyou！浙江大学力学实验中心14Thankyou！纳米压痕实验纳米压痕实验纳米压痕技术纳米压痕是一种先进的微尺度力学测量技术。它是通过测量作用在压针上的载荷和压入样品表面的深度来获得材料的载荷-位移曲线。其压入深度一般控制在微/纳米尺度，因此要求测试仪器的位移传感器具有优于1nm的分辨率，所以称之为纳米压痕仪。测量的材料力学性能包括：弹性模量、硬度、屈服强度、断裂韧性、应变硬化效应、粘弹性等。浙江大学力学实验中心16纳米压痕技术纳米压痕是一种先进的微尺度力学测量技术。它是通过纳米压痕测量仪器一、TriboIndenter®是Hysitron公司生产的低载荷原位纳米力学测试系统，可进行压入和划入测试。右上图为其核心部分。

Hysitron公司：1992年成立于美国明尼苏达州，是一家专门致力于原位纳米力学测试系统设计、生产和销售的公司。二、NanoIndenter®是最早研制的压入测量仪器。右下图为其核心部分。1983年NanoInstruments公司在美国田纳西州成立并开始研发NanoIndenter®，1998年被MTS公司收购，MTS公司2008年被Agilent公司收购。浙江大学力学实验中心17光学显微镜传感器样品台纳米压痕测量仪器一、TriboIndenter®是HysitComputerCSMController连续刚度测量NanoSwiftController控制和采集位移和力的变化MonitorKeyboardVibrationIsolationCabinet隔热和隔音浙江大学力学实验中心18NanoIndenter®G200系统外观ComputerCSMControllerNanoSwif

NanoIndenterG200MinuskVibrationIsolationTable精密减振台NanoIndenter®G200核心部分浙江大学力学实验中心19SchematicoftheNanoIndenterG200NanoIndenterG200MinuskViNanoIndenter®G200的技术参数载荷分辨率：50nN标准测试最大载荷：500mN高载荷测试最大载荷：10NZ方向的位移分辨率：<0.01nm最大压入深度：>500μmX-YTable位移分辨率：1μm行程范围：100×100mm显微镜放大倍数：VideoScreen：25XObjective：10X&40X浙江大学力学实验中心20上图是进行显微镜校准时得到：沿45°方向，间距为50μm的三个压痕显微镜放大倍数为250倍视距约为250×50μm=12.5mmNanoIndenter®G200的技术参数载荷分辨率：5标准测试的载荷-位移曲线浙江大学力学实验中心21最大载荷<500mN，压痕深度2100nm左右标准测试的载荷-位移曲线浙江大学力学实验中心7最大载荷<50压痕实验原理用最小二乘法拟合卸载曲线顶端的25%~30%，得到（1）式，然后计算出接触刚度即（2）式，用（3）式计算出接触深度，代入（4）中求得接触面积，于是得到硬度即（5）式。利用接触刚度和接触面积计算得到折合模量即（6）式，然后利用（7）式以及压针的模量和泊松比计算样品材料的弹性模量。22浙江大学力学实验中心压痕实验原理用最小二乘法拟合卸载曲线顶端的25%~30%，得CSM技术浙江大学力学实验中心23传统的准静态纳米压痕测试是利用卸载曲线获得接触刚度，每个压痕循环只能获得最大压痕深度处的一个硬度和模量。连续刚度测量技术则可以直接获得压入过程中采集的每个数据点对应压入深度的接触刚度，进而计算出硬度与弹性模量等力学性能作为压入深度的连续函数。H&ECSM技术浙江大学力学实验中心9传统的准静态纳米压痕测试是利浙江大学力学实验中心操作流程装载样品1打开电源，启动电脑2打开Nanosuite软件，进行操作3导出实验相关数据，卸载样品424浙江大学力学实验中心操作流程装载样品1打开电源