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利用压痕仪表征材料的强度硬度和断裂韧性

来源：测试GO 时间：2022-07-14 15:00:41 浏览：2056次

纳米压痕仪是最近几年来新提出的一种表征材料强度、硬度和韧性等性能的测试仪器，广泛应用于薄膜或涂层结合强度的测试，精度达到纳米的压痕仪也可作为细胞划痕实验工具。

划痕仪

仪器化划入测试方法已经成功应用于测试各种材料（包括硬的合金、陶瓷、金属、岩石和软的高分子聚合物、碱硅酸盐凝胶等）的断裂韧度（跨越两个数量级）在材料科学与工程领域具有巨大应用前景，尤其是评估微米级材料或多尺度复合材料（比如碎屑-橡胶混凝土、再生混凝土、水泥、页岩，骨头、功能梯度和复合涂层）的断裂性能，其诸多优势包括：结果与传统方法（比如单边缺口试样的三点弯曲、紧凑拉伸）测量值一致；重复性好；材料体积小；设备操作、数据分析简单；近乎无损检测（微米级划入测试划入深度一般在十几微米）；尤其是试样制备简单，不需要预制缺口或裂纹；测试成本和周期都大大减小。

在压痕仪仪器化压入过程中，利用侧向力和压入深度可以计算出材料的断裂韧度。仪器化划入表征断裂韧度主要有两种理论：一种是线弹性断裂力学（linear elastic fracture mechanics or LEFM）；另一种是能量尺寸效应理论（microscopic energetic size effect laws or ESEL）。理论都是假设在压头前端存在沿水平扩展的裂纹。这种裂纹模式在直刚刀压头划入石蜡的实验中体现得最好。对于直压头：三维裂纹的横截面是长方形。能量释放率可以由J-积分计算，再结合断裂准则，即可以建立利用侧向力和压入深度计算断裂韧度的关系式。

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