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納米壓痕和納米劃痕的區(qū)別及優(yōu)勢

來源：中科科輔時(shí)間：2022-10-26 17:23:29 瀏覽：6997次

硬度是衡量材料軟硬程度的一種性能指標(biāo)，其常用的試驗(yàn)方法有壓入法和刻劃法兩類。硬度值不是一個(gè)單純的物理量,它表征著材料的彈性、塑性、變形強(qiáng)化、強(qiáng)度和韌性等一系列不同物理量組合的一種綜合性能指標(biāo)，因此在各個(gè)領(lǐng)域得到了非常廣泛的應(yīng)用。近十幾年來，隨著小尺度下材料學(xué)研究的不斷深入及現(xiàn)代微電子材料科學(xué)的發(fā)展，試樣規(guī)格越來越小型化，傳統(tǒng)的壓痕測量方法逐漸暴露出它的局限性。新興納米壓痕技術(shù)的產(chǎn)生很好解決了傳統(tǒng)測量的缺陷。納米壓痕技術(shù)也稱深度敏感壓痕技術(shù)，它通過計(jì)算機(jī)程序控制載荷發(fā)生連續(xù)變化，實(shí)時(shí)測量壓痕深度，由于施加的是超低載荷，監(jiān)測傳感器具有優(yōu)于1nm的位移分辨率，所以，可以達(dá)到小到納米級(jí)（0.1~100nm）的壓深，它特別適用于測量薄膜、涂層等超薄層材料力學(xué)性能，可以在納米尺度上測量材料的力學(xué)性質(zhì)，如載荷-位移曲線、彈性模量、硬度、斷裂韌性、應(yīng)變硬化效應(yīng)、粘彈性或蠕變行為等。納米劃痕是測試微小尺度下力學(xué)性能的另外一種常用的方法，它是在小曲率的硬質(zhì)劃針上施加一定的法向力，并使探針沿樣品表面刻劃，通過表面的劃痕可以測試薄膜和基底的臨界附著力、硬度、摩擦力、摩擦系數(shù)、表面抗劃傷性等。

☆ 快速測量彈性模量

彈性模量是工程材料重要的性能參數(shù)，從宏觀角度來說，彈性模量是衡量物體抵抗彈性變形能力大小的尺度，從微觀角度來說，則是原子、離子或分子之間鍵合強(qiáng)度的反映。

☆ 金屬、高分析材料蠕變性能

蠕變是指材料在某溫度、恒定應(yīng)力作用下所發(fā)生的緩慢而連續(xù)的塑性流變現(xiàn)象。該性能對(duì)材料在高溫下的使用至關(guān)重要，而且蠕變性能的好壞也往往是影響失效行為的重要因素。采用納米壓痕可以很方便的進(jìn)行蠕變測試，僅需要很小體積的樣品，試樣制備簡單，特別適用于薄膜、難以加工的陶瓷等高硬度或脆性材料以及高分子材料。

☆ 生物組織、牙齒等生物力學(xué)測試

力學(xué)性能的準(zhǔn)確測量已經(jīng)成為生命科學(xué)領(lǐng)域中一個(gè)重要的研究內(nèi)容。在一些情況下，準(zhǔn)確獲得軟生物組織表面的力學(xué)性能，將有助于發(fā)現(xiàn)誘發(fā)疾病的力學(xué)效應(yīng)。

☆ 涂層結(jié)合力、摩擦系數(shù)測量

納米劃痕法是一種“定量”測量涂層膜基結(jié)合強(qiáng)度和失效形式的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法，用一個(gè)加有金剛石圓球狀的針頭在涂層表面連續(xù)劃行，同時(shí)在針頭上逐漸增加載荷，當(dāng)涂層被完全劃穿或者涂層出現(xiàn)明顯剝落那一刻所加載的載荷力就是涂層的結(jié)合力。與此同時(shí)，納米劃痕還可以記錄摩擦力和摩擦系數(shù)，非常適用于表征薄膜、高硬度及脆性等樣品。

☆ 小尺度硬度測試