纳米压痕仪的数据表说明文档

纳米压痕仪数据表说明文档
美国MTS 公司的纳米压痕仪（nano indenter），型号XP
三棱锥的玻氏压针（Berkovich tip）
棱面与中心线夹角65.3°，棱边与中心线夹角77.05°，底面边长与深度之比7.5315
参考书《微/纳米力学测试技术及其应用》，张泰华编著
测试方法是CSM（连续刚度）法。

这种方法可以做出硬度和模量随压入深度连续变化的曲线。

数据Excel表包含3+N个工作表：Results，Required Inputs，Inputs Editable Post Test，Test 00N、Test 00N-1。

Test 001（N是打压痕的点数），见下图1红框标记。

图1
Results工作表，见图2：
A列：压几个点，test中就有几个结果，下图中数据做了9个点；mean是这9个点的均值。

B列：红框内的数据，E Average Over Defined Range，意思是弹性模量在所取压入深度范围内的平均值。

这列是弹性模量的数据，需要重点看。

这个深度范围可以在后面数据处理中自己定义，是取平均值的压入深度范围。

C列：蓝框内的数据。

H Average Over Defined Range，意思是硬度在所取压入深度范围内的平均值。

这列是硬度的数据，也是需要重点看。

这个深度范围也可以后面数据处理中自己定义，是取平均值的压入深度范围。

最后将这9个点的硬度和模量数据再取平均值，得到最终的硬度和弹性模量，即绿框内的数据。

如果样品表面平整度很好的话，得到的数据偏差很小；如果样品表面不平整，数据就会
很离散。

D列：Modulus From Unload，是从卸载曲线计算的模量值。

E列：Hardness From Unload，是从卸载曲线计算的硬度值。

相当于静态法测试出来的硬度和弹性模量。

可以作为参考。

图2
Required Inputs工作表是在测试之前输入的参数。

Inputs Editable Post Test工作表图3：
F列：Minimum Calculation Depth。

G列：Maximum Calculation Depth。

这就是上面讲的，在计算每个点硬度和模量平均值时所取的压入深度范围。

在下图的数据中，我取压入深度为1000nm~1800nm范围内对1~9个点的数据做了平均。

图3
Test001工作表是第一个点的所有数据。

其它的类似。

B列：Displacement Into Surface ，即压入深度。

C列：load，所加的载荷
F、G栏分别是硬度和模量值，可以随压入深度画出一条连续的曲线，这两组值是一边加载一边计算E和H值。

在这条曲线上设置一个深度范围，对硬度和弹性模量做平均，结果写到第一个results工作表中。

如果觉得我们取得范围不合理，可以在这个数据表中，自己重新取深度范围做平均。

一般取曲线的平台区做平均。

由于压头一定不是理想的，新的压头也有20nm左右曲率半径，这就导致数据在深度为0-20nm左右的数据是无效的。

因此取平均值时，取值范围不能包括这段数据。

如果是块体材料，去掉前面非理想压头曲率半径导致的无效数据之后，后面都是一个平台区，都有效，可以做平均。

如果是薄膜材料，原则上，只有1/10深度范围内的数据没有基底效应。

因此，薄膜材料，需要做压痕测试硬度和弹性模量，膜厚至少为1000nm。

取平均值的深度范围既要保证数据没有基底效应，又要尽量保持所取的硬度和弹性模量的在这个深度范围是一个平台区。

薄膜样品，数据有基底效应，测试者也可以自己根据基底对薄膜材料应力场的影响范围另行取深度范围做平均。