Hysitron納米壓痕儀的測試模式和技術(shù)原理介紹

　　Hysitron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(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。微電子技術(shù)和微系統(tǒng)的發(fā)展，許多微小結(jié)構(gòu)得到了實(shí)際應(yīng)用。同時，材料在微小尺度下的力學(xué)性能也逐漸成為人們關(guān)注的對象，材料的微觀力學(xué)性能研究也隨之開展起來。在微電子技術(shù)、微機(jī)械和納米摩檫學(xué)應(yīng)用中，微構(gòu)件的幾何尺寸一般在微米級，而薄膜的厚度則往往是納米級。在載荷的作用下，這些微小構(gòu)件常常會表現(xiàn)出與宏觀條件下所不同的特性，因而引起了人們的關(guān)注，目前這一領(lǐng)域已成為科學(xué)前沿和研究熱點(diǎn)，Hysitron納米壓痕儀技術(shù)由于具有無損、可以在很小的局部范圍測試材料的力學(xué)性能等優(yōu)點(diǎn)，近十年來Hysitron納米壓痕儀在材料的微觀力學(xué)性能研究方面得到了廣泛的應(yīng)用。

　　Hysitron納米壓痕儀的技術(shù)原理及局限性：

　　1、體積占比量法：主要用來計(jì)算薄膜或基體組合體系的硬度，但局限于試驗(yàn)研究方法，基體對薄膜力學(xué)性能的影響在試驗(yàn)的結(jié)果上不方便排除。

　　2、分子動力學(xué)模擬法：該方法是在原子尺度上去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(yùn)用牛頓運(yùn)動方程來模擬原子間的相互作用結(jié)果，局限性是只適用于原子尺度。

　　3、Oliver和Pharr法：這是較為常用的一種方法。硬度值可由最大加載載荷和壓痕的殘余變形面積求得，而試驗(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。采用原始的硬度定義來進(jìn)行材料的硬度和彈性模量計(jì)算而沒有考慮納米尺度上的尺寸效應(yīng)是這個方法的不足之處。

　　4、梯度隨數(shù)變化理論：材料硬度H依賴于被測材料的深度H，有壓人壓頭之稱，并且隨著壓人深度的減小而增大，因此具有尺度效應(yīng)，適用于具有塑性的晶體材料。但該方法就是無法計(jì)算材料的彈性模量。

　　以上這4種原理是在各模式測試過程中會遇到的方法，每一種方法都體現(xiàn)Hysitron納米壓痕儀與被測材料的關(guān)系，研究人員可根據(jù)不同的條件需求，正確選取測量方法。