【图文】纳米压痕实验_百度文库
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纳米压痕实验
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你可能喜欢【材料+】说：随着精密、&超精密加工技术的发展，材料在纳米尺度下的力学特性引起了人们的极大关注研究。而传统的硬度测量方法只适于宏观条件下的研究和应用，无法用于测量压痕深度为纳米级或亚微米级的硬度(&即所谓纳米硬度，nano-&hardness)&。近年来，测量纳米硬度一般采用新兴的纳米压痕技术&(nano-indentation)，由于采用纳米压痕技术可以在极小的尺寸范围内测试材料的力学性能，除了塑性性质外，还可反映材料的弹性性质，因此得到了越来越广泛的应用。纳米压痕技术也称深度敏感压痕技术（Depth-Sensing&Indentation，&DSI)，是最简单的测试材料力学性质的方法之一，可以在纳米尺度上测量材料的各种力学性质，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。纳米压痕理论图1为纳米压痕试验中典型的载荷-位移曲线。在加载过程中试样表面首先发生的是弹性变形，随着载荷进一步提高，塑性变形开始出现并逐步增大；卸载过程主要是弹性变形恢复的过程，而塑性变形最终使得样品表面形成了压痕。图中Pmax&为最大载荷，hmax&为最大位移，hf为卸载后的位移，S为卸载曲线初期的斜率。纳米硬度的计算仍采用传统的硬度公式H&=P/A。式中，H&为硬度&(GPa)；P&为最大载荷&(&μ&N)，即上文中的&P&max&；A&为压痕面积的投影(nm2&)。&图1&纳米压痕试验的典型载荷-位移曲线但与传统硬度计算不同的是，A&值不是由压痕照片得到，而是根据&“接触深度”&hc(nm)&计算得到的。具体关系式需通过试验来确定，根据压头形状的不同，一般采用多项式拟合的方法，比如针对三角锥形压头，其拟合结果为：A&=&24.5&+&793hc&+&+&0.059+0.069+&8.68+&35.4+&36.&9式中&“接触深度”hc由下式计算得出：hc&=&h&-&ε&P&max/S，式中，ε是与压头形状有关的常数，对于球形或三角锥形压头可以取ε&=&0.75。而S的值可以通过对载荷-位移曲线的卸载部分进行拟合，再对拟合函数求导得出，即，式中Q&为拟合函数。这样通过试验得到载荷-位移曲线，测量和计算试验过程中的载荷&P、压痕深度h和卸载曲线初期的斜率S，就可以得到样品的硬度值。该技术通过记录连续的载荷-位移、加卸载曲线，可以获得材料的硬度、弹性模量、屈服应力等指标，它克服了传统压痕测量只适用于较大尺寸试样以及只能获得材料的塑性性质等缺陷，同时也提高了硬度的检测精度，使得边加载边测量成为可能，为检测过程的自动化和数字化创造了条件。纳米压痕仪简介近年来，国内外研究人员以纳米压痕技术为基础，开发出多种纳米压痕仪，并实现了商品化，为材料的纳米力学性能检测提供了高效、便捷的手段。纳米压痕仪主要用于微纳米尺度薄膜材料的硬度与杨氏模量测试，测试结果通过力与压入深度的曲线计算得出，无需通过显微镜观察压痕面积。纳米压痕仪的基本组成可以分为控制系统、&移动线圈系统、加载系统及压头等几个部分。压头一般使用金刚石压头，分为三角锥或四棱锥等类型。试验时，首先输入初始参数，之后的检测过程则完全由微机自动控制，通过改变移动线圈系统中的电流，可以操纵加载系统和压头的动作，压头压入载荷的测量和控制通过应变仪来完成，同时应变仪还将信号反馈到移动线圈系统以实现闭环控制，从而按照输入参数的设置完成试验。图2&Nano&Indenter&XP&纳米硬度仪外观纳米压痕仪的技术参数最大加载载荷：400mN载荷分辨率：30nN可实现的最小载荷：1.5μN位移分辨率：0.003nm可实现的自小位移：0.04nm可实现的最大位移：250μm纳米压痕试验举例试验材料取单晶铝，试验在美国&MTS&公司生产的&Nano&Indenter&XP&型纳米硬度仪以及美国&Digital&Instruments&公司生产的原子力显微镜&(AFM)&上进行。首先将试样放到纳米硬度仪上进行压痕试验，根据设置的最大载荷或者压痕深度的不同，试验时间从数十分钟到若干小时不等，中间过程不需人工干预。试验结束后，纳米压痕仪自动计算出试样的纳米硬度值和相关重要性能指标。本试验中对单晶铝(110)&面进行检测，设置压痕深度为1.5&μ&m，共测量三点，最终结果取三点的平均值。表1为最大压痕深度1.5&μ&m时的试验结果，其中纳米硬度平均值为0.46GPa，而用传统硬度计算方法得到的硬度平均值为0.580GPa，这说明传统硬度计算方法在微纳米硬度测量时误差较大，其原因就是在微纳米硬度测量时，材料变形的弹性恢复造成残余压痕面积较小，传统方法使得计算结果产生了偏差，不能正确反映材料的硬度值。表1&压痕深度为&1&1&5&μ&m&时的硬度试验结果&(&GPa)&通过对不同载荷下的纳米硬度测量值进行比较发现，单晶铝的纳米硬度值并不是恒定的，&而是在一定范围内随着载荷（压头位移）的降低而逐渐增大，也就是存在压痕尺寸效应现象。图3反映了纳米硬度随压痕深度的变化。图3&纳米硬度随压痕深度的变化图4是最大压痕深度1μm时单晶铝弹性模量与压痕深度的关系。此外，纳米硬度仪还可以输出接触刚、实时载荷等随压头位移的变化曲线，试验者可以从中获得丰富的信息。&图4&压深1μm时弹性模量与压痕深度的关系纳米压痕仪的应用纳米压痕仪可适用于有机或无机、软质或硬质材料的检测分析，包括PVD、CVD、PECVD薄膜，感光薄膜，彩绘釉漆，光学薄膜，微电子镀膜，保护性薄膜，装饰性薄膜等等。基体可以为软质或硬质材料，包括金属、合金、半导体、玻璃、矿物和有机材料等。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。&来源：锐思博创。现【材料+】联合西安锐思博创应用材料科技有限公司推出材料分析检测业务。锐思博创是国内领先的分析检测服务机构，提供材料研发过程中的分析检测解决方案。目前能够提供检测项目达一百多项，累积服务1500多家机构，在行业内享有良好声誉。现在通过在线填写测试预定单，所有测试项目均可即可享受9.8折测试优惠。锐思博创分析测试中心测试项目《纳米显微力学探针》▼点击“阅读原文”即刻&填写测试预定单！方便！快捷！材料十(cailiaojia)　
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纳米压痕试验方法研究
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3秒自动关闭窗口纳米压痕/划痕测试,nanoindentation/ scratch test,音标,读音,翻译,英文例句,英语词典
说明：双击或选中下面任意单词，将显示该词的音标、读音、翻译等；选中中文或多个词，将显示翻译。
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-> 纳米压痕/划痕测试
1)&&nanoindentation/ scratch test
纳米压痕/划痕测试
2)&&nano-indenter test
纳米压痕测试
The anti-fatigue mechanism of this additive was analyzed by means of scanning electron microscopy (SEM) and nano-indenter test.
通过扫描电镜分析,发现在点蚀坑内和点蚀坑的边缘存在微裂纹被覆盖的现象;纳米压痕测试结果表明,接触表面已经形成了一层白亮色物质,并具有极高的硬度。
3)&&nano-indentation/nano-scratch
纳米压痕/划痕
4)&&nano-scratch test
纳米划痕试验
To realize the super-smooth polishing of chemical vapor deposition silicon carbide(CVD SiC),nano-scratch test is applied to study the critical load for brittle-ductile transition,and its polishing mechanism is analyzed according to the force on an abrasive grain.
为实现化学气相沉积碳化硅(CVD SiC)的超光滑抛光,采用纳米划痕试验研究了化学气相沉积碳化硅脆塑转变的临界载荷,根据单颗磨粒受力对其抛光机理进行了分析,并从材料特性、工艺参数以及抛光液pH值三个方面对其表面粗糙度影响因素进行了系统的试验研究。
5)&&nanoscratch
Progress on study of nanoscratch resistance estimated by nanoscratch tests using Nano Indenter systems was introduced,which emphasized fracture mechanism and nanoscratch critical load of thin films.
概述了纳米划痕试验在研究材料纳米刻划性能方面的研究进展,着重介绍了材料刻划破裂机理和刻划临界载荷,以及薄膜材料厚度效应和基底效应对纳米刻划性能的影响等方面的研究状况,讨论了今后尚需进一步研究的问题。
To check the qualities of DLC coating on different steels, nanoindentations and nanoscratches were produced with suitable scratchers and by a broad range of applied load.
为了检测成膜质量,分别使用纳米压痕和纳米划痕技术表征钢基材和DLC/基材的机械性能。
The mechanical and tribological behaviors of the coating were comparatively investigated with that of the steel substrate by means of nanoindentation test and nanoscratch test.
5μm的TiN薄膜,通过显微硬度测试以及纳米压痕和纳米划痕试验,对比考察了9Cr18钢及其表面TiN薄膜的机械和摩擦性能。
6)&&nano-scratch
The nano-scratch behaviors of Ar+ implanted single-crystal silicon were investigated by a nano indenter system, the micro-structure of the implanted layer was analyzed with TEM.
研究结果表明:一定剂量的氩离子注入使单晶硅表面的断裂韧性得到改善, 提高了其在纳米划痕过程中的失效负荷。
Furthermore, the microwear of the tooth enamel was studies on the nano-scratch tester.
此外,还通过纳米划痕仪研究了牙釉质的微摩擦磨损行为,考察了釉柱的排列取向对牙釉质微摩擦磨损的影响。
补充资料：看纺织印染中应用纳米材料和纳米技术
纺织印染中应用纳米材料和纳米技术时，除了要解决纳米材料的制备技术之外，重要的是要解决好纳米材料的应用技术，其中关键问题是使纳米粒子和纺织印染材料的基本成分（即聚合物材料）之间处于适当的结合状态。印染中，纳米粒子在聚合物基体中的分散和纳米粒子在聚合物表面的结合是主要的应用技术问题。　　&&& 制备聚合物/无机纳米复合材料的直接分散法，适用于各种形态的纳米粒子。印染中纳米粒子的使用一般采用直接分散法。但是由于纳米粒子存在很大的界面自由能，粒子极易自发团聚，利用常规的共混方法不能消除无机纳米粒子与聚合物基体之间的高界面能差。因此，要将无机纳米粒子直接分散于有机基质中制备聚合物纳米复合材料，必须通过必要的化学预分散和物理机械分散打开纳米粒子团聚体，将其均匀分散到聚合物基体材料中并与基体材料有良好的亲和性。直接分散法可通过以下途径完成分散和复合过程：　　&&& 高分子溶液（或乳液）共混：首先将聚合物基体溶解于适当的溶剂中制成溶液（或乳液），然后加入无机纳米粒子，利用超声波分散或其他方法将纳米粒子均匀分散在溶液（或乳液）中。有人将环氧树脂溶于丙酮后加入经偶联剂处理过的纳米TiO2，搅拌均匀，再加入 40wt%的聚酰胺后固化制得了环氧树脂/TiO2纳米复合材料。还有人将纳米SiO2粒子用硅烷偶联剂处理后，改性不饱和聚酯。　　&&& 熔融共混：将纳米无机粒子与聚合物基体在密炼机、双螺杆等混炼机械上熔融共混。如将PMMA和纳米SiO2粒子熔融共混后，双螺杆造粒制得纳米复合材料。又如利用偶联剂超声作用下处理纳米载银无机抗菌剂粒子，分散制得PP/抗菌剂、PET/抗菌剂、PA/抗菌剂等复合树脂，然后经熔融纺丝工艺加工成抗菌纤维。研究表明，将经过表面处理的纳米抗菌剂粒子通过双螺杆挤出机熔融混炼，在聚合物中可以达到纳米尺度分散，获得了具有良好综合性能的纳米抗菌纤维，对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌的抗菌率达到95%以上（美国AATCC－100标准）。　　&&& 机械共混：将偶联剂稀释后与碳纳米管混合，再与超高分子量聚乙烯（UHMWPE）混合放入三头研磨机中研磨两小时以上。将研磨混合物放入模具，热压，制得功能型纳米复合材料。　　&&& 聚合法：利用纳米SiO2粒子填充（Poly（HEMA））制备了纳米复合材料。纳米SiO2粒子首先被羟乙基甲基丙烯酸（HEMA）功能化，然后与HEMA单体在悬浮体系中聚合。还有利用SiO2胶体表面带酸性，加入碱性单体4－乙烯基吡咯进行自由基聚合制得包覆型纳米复合材料。
说明：补充资料仅用于学习参考，请勿用于其它任何用途。}