纳米力学测试

准静态Nanoindentation

定量表征小体积材料的力学性能

准静态纳米压痕:综述

准静态纳米压痕已成为材料纳米力学表征的标准技术。准静态纳米压痕试验是通过使用几何形状良好的探针,以高度受控的方式向样品施加和移除载荷来进行的。必威手机客户端

在纳米压痕过程中,传感器施加一个力,并连续测量探针位移,以产生传统的力-位移曲线。由此产生的力-位移曲线作为材料的“机械指纹”,从中可以确定定量的纳米材料特性。布鲁克氏Hysitron nanoindenters采用独特的三板电容式传感器设计,测量纳米压痕探针的力和位移。这种换能器设计提供了一个无与伦比的噪音地板和超低的工作力。

紧密控制的结构和校准标准用于电容式传感器结合精密加工,刚性纳米压痕探头产生可量化的,可靠的测量任何材料。

分析测量的力与位移曲线(特别是卸载段),为用户提供有关样品力学性能的定量信息。准静态纳米压痕测试通常得到的值为ER)及硬度(H).然而,其他信息,如断裂韧性,刚度,分层力和薄膜厚度也可以得到。

所有的Hysitron独立的纳米压痕系统都能够进行原位SPM成像。在测试前和/或测试后,使用同一探头扫描样品表面,可以精确放置测试,并观察测试后的变形事件或样品恢复情况。必威官网体育下载

Bruker的准静态纳米压痕设计具有最大的通用性。准静态纳米压痕是所有Hysitron独立纳米压痕系统的标准配置,配备的标准最大力高达10 mN,噪声地板小于30 nN,涵盖了大量样品测试的可能性。

熔融石英上的力-位移曲线显示了典型的弹塑性材料响应,准静态纳米压痕后石英表面的原位SPM图像显示了残余压痕。

准静态纳米压痕如何工作

该示意图解释了Bruker的三板电容传感器在纳米压痕过程中的高精度施力操作。

布鲁克的纳米压痕传感器在操作上是独一无二的,是世界上唯一使用三极板电容设计的纳米压痕系统。位移测量是将两个相位差为180°的交流信号输入到三板电容式传感器的上底板。交流信号由中心(浮动)板观察,信号的总和对应于测量的位移。为了施加负载,一个直流偏置被施加到传感器的下板上,该换能器会静电地吸引中心板向下。由此产生的交流信号和的差异导致交流信号和的偏移,从而产生位移的变化。

准静态纳米压痕数据分析

准静态纳米压痕试验的分析表明,在用于校准探针形状的递增载荷压痕试验中,曲线拟合良好。

Hysitron纳米压痕系统包括一个准静态数据分析包,使用一个标准模型来拟合力与位移曲线的初始卸载部分,以提取简化模量(ER)及硬度(H)的值。

准静态测试使纳米压痕探针面积功能可以使用高级分析软件包计算,以确保探针几何形状的任何变化都被考虑在内。

利用纳米压痕测量机械性能

纳米压痕是一种用于定量表征小体积材料力学性能的强大技术。通过对测试过程中得到的力-位移曲线进行合适的模型拟合,可以在纳米和微尺度上测量材料的弹性模量、硬度、蠕变、应力松弛、界面黏附和断裂韧性等性能。