纳米压痕实验

• 载荷分辨率：50nN
• 标准测试最大载荷：500mN
• 高载荷测试最大载荷：10N
• Z方向的位移分辨率：<0.01nm
• 最大压入深度：>500μm
• X-Y Table位移分辨率：1μm
• 行程范围：100 ×100mm • 显微镜放大倍数：
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
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Nano Indenter®G200系统外观
Vibration Isolation Cabinet 隔热和隔音
Computer
Monitor
CSM Controller 连续刚度测量
Keyboard
NanoSwift Controller 控制和采集位移和力的变化
浙江大学力学实验中心
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1
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2
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3
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4
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5
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6
1
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7
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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。
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osm2 Ks
1 Kf
H &E
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操作流程
1
装载样品
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2
打开电源，启动电脑
3
打开Nanosuite软件，进行操作
4
导出实验相关数据，卸载样品
Video Screen ：25X Objective ：10X&40X
显微镜放大倍数为250 倍 视距约为250 × 50μm=12.5mm
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标准测试的载荷-位移曲线
最大载荷<500mN，压痕深度2100nm左右
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压痕实验原理
P h h f m
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。
• Vibration Iso1la9tio8n3C年abiNneat no Instruments公司在
1公Z9方司8向3收年的购N位a。n移o美 N分Ina辨s国ntr率uom田：eI<nn0纳tds.公e西司n在t州e美r®国成，田立纳1西9并州98成开年立始并被开研M始研发T发SNano Indenter®，1998年被MTS公司收购，MTS公司2008年被Agilent
控制和采集位公移司和力收的变购化，MTS公司2008年被
Agilent公司收购。 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。
Nano Indenter®G200系统外观
控制和采集位移和力的变化
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CSM技术
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。
1
接触刚S度 ： ZF00c
最大载荷<500mN，压痕深度2100nm左右
样品台
显打微开镜 Na放•no大su倍二ite数软、为件2，5N0进a倍n行o操作Indenter®是最早研制
Nano Indent的er®压G20入0的测技术量参数仪器。右下图为其
核心部分。 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。
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沿45°方向，间距为50μm的三个压痕
标准测试最大载荷：500mN Objective ：10X&40X
纳米压痕测量仪器
Video Screen ：25X
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。
X-Y Table位移分辨率：1μm
传感器
MHHyyinssuiittsrrook•nn公公Vib司司r国aH：：tio11y明n99s99Is22i尼ot年年lra成成ot苏ion立立n 公T于于达a美美b司l州e国国明明：，尼尼1苏苏是9达达9一州州2，，年家是是成一一专家家立门专专门门于致致致美力力于于原原位位纳纳米米力力学学测测试试系系统统设设计计、、生生产产和和销销售售的的公公司司。。 光学显微镜 Schematic o力f the于Na原no 位Inde纳nte米r G2力00 学测试系统设 N显a微no镜In放d大en倍t计e数r®、为G2205生00的倍产技术和参数销售的公司。
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Nano Indenter®G200核心部分
Schematic of the Nano Indenter G200
Nano Indenter G200
Minus k Vibration Isolation Table 精密减振台
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Nano Indenter®G200的技术参数