纳米压痕实验课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,浙江大学力学实验中心,*,纳米压痕实验,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。,浙江大学力学实验中心,2,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,纳米压痕测量仪器,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。右上图为其核心部分。,Hysitron,公司：,1992,年成立于美国明尼苏达州，是一家专门致力于原位纳米力学测试系统设计、生产和销售的公司。,二、,Nano Indenter,是最早研制的压入测量仪器。右下图为其核心部分。,1983,年,Nano Instruments,公司在美国田纳西州成立并开始研发,Nano Indenter,，,1998,年被,MTS,公司收购，,MTS,公司,2008,年被,Agilent,公司收购。,浙江大学力学实验中心,3,光学显微镜,传感器,样品台,纳米压痕测量仪器一、TriboIndenter是Hysit,Computer,CSM Controller,连续刚度测量,NanoSwift Controller,控制和采集位移和力的变化,Monitor,Keyboard,Vibration Isolation Cabinet,隔热和隔音,浙江大学力学实验中心,4,Nano IndenterG200,系统外观,ComputerCSM ControllerNanoSwif,Nano Indenter G200,Minus k Vibration Isolation Table,精密减振台,Nano IndenterG200,核心部分,浙江大学力学实验中心,5,Schematic of the Nano Indenter G200,Nano Indenter G200 Minus k Vi,Nano IndenterG200,的技术参数,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：,500m,X-Y Table,位移分辨率：,1m,行程范围：,100 100mm,显微镜放大倍数：,Video Screen,：,25X,Objective,：,10X&40X,浙江大学力学实验中心,6,上图是进行显微镜校准时得到：,沿,45,方向，间距为,50m,的三个压痕,显微镜放大倍数为,250,倍,视距约为,250 50m=12.5mm,Nano IndenterG200的技术参数载荷分辨率：5,标准测试的载荷,-,位移曲线,浙江大学力学实验中心,7,最大载荷,500mN,，压痕深度,2100nm,左右,标准测试的载荷-位移曲线浙江大学力学实验中心7最大载荷50,压痕实验原理,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。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。,8,浙江大学力学实验中心,压痕实验原理用最小二乘法拟合卸载曲线顶端的25%30%，得,CSM,技术,浙江大学力学实验中心,9,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。,H&E,CSM技术浙江大学力学实验中心9传统的准静态纳米压痕测试是利,浙江大学力学实验中心,操作流程,装载样品,1,打开电源，启动电脑,2,打开,Nanosuite,软件，进行操作,3,导出实验相关数据，卸载样品,4,10,浙江大学力学实验中心操作流程装载样品1打开电源，启动电脑2打,装载样品,浙江大学力学实验中心,11,装载样品浙江大学力学实验中心11,Nanosuite,软件界面,浙江大学力学实验中心,12,Nanosuite软件界面浙江大学力学实验中心12,浙江大学力学实验中心,注意事项,1,）,2,）,3,）,13,浙江大学力学实验中心注意事项1）2）3）13,浙江大学力学实验中心,14,Thank you,！,浙江大学力学实验中心14Thank you！,