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纳米压痕和纳米划痕的区别及优势

来源：中科科辅时间：2022-10-26 17:23:29 浏览：3532次

硬度是衡量材料软硬程度的一种性能指标，其常用的试验方法有压入法和刻划法两类。硬度值不是一个单纯的物理量,它表征着材料的弹性、塑性、变形强化、强度和韧性等一系列不同物理量组合的一种综合性能指标，因此在各个领域得到了非常广泛的应用。近十几年来，随着小尺度下材料学研究的不断深入及现代微电子材料科学的发展，试样规格越来越小型化，传统的压痕测量方法逐渐暴露出它的局限性。新兴纳米压痕技术的产生很好解决了传统测量的缺陷。纳米压痕技术也称深度敏感压痕技术，它通过计算机程序控制载荷发生连续变化，实时测量压痕深度，由于施加的是超低载荷，监测传感器具有优于1nm的位移分辨率，所以，可以达到小到纳米级（0.1~100nm）的压深，它特别适用于测量薄膜、涂层等超薄层材料力学性能，可以在纳米尺度上测量材料的力学性质，如载荷-位移曲线、弹性模量、硬度、断裂韧性、应变硬化效应、粘弹性或蠕变行为等。纳米划痕是测试微小尺度下力学性能的另外一种常用的方法，它是在小曲率的硬质划针上施加一定的法向力，并使探针沿样品表面刻划，通过表面的划痕可以测试薄膜和基底的临界附着力、硬度、摩擦力、摩擦系数、表面抗划伤性等。

☆ 快速测量弹性模量

弹性模量是工程材料重要的性能参数，从宏观角度来说，弹性模量是衡量物体抵抗弹性变形能力大小的尺度，从微观角度来说，则是原子、离子或分子之间键合强度的反映。

☆ 金属、高分析材料蠕变性能

蠕变是指材料在某温度、恒定应力作用下所发生的缓慢而连续的塑性流变现象。该性能对材料在高温下的使用至关重要，而且蠕变性能的好坏也往往是影响失效行为的重要因素。采用纳米压痕可以很方便的进行蠕变测试，仅需要很小体积的样品，试样制备简单，特别适用于薄膜、难以加工的陶瓷等高硬度或脆性材料以及高分子材料。

☆ 生物组织、牙齿等生物力学测试

力学性能的准确测量已经成为生命科学领域中一个重要的研究内容。在一些情况下，准确获得软生物组织表面的力学性能，将有助于发现诱发疾病的力学效应。

☆ 涂层结合力、摩擦系数测量

纳米划痕法是一种“定量”测量涂层膜基结合强度和失效形式的标准试验方法，用一个加有金刚石圆球状的针头在涂层表面连续划行，同时在针头上逐渐增加载荷，当涂层被完全划穿或者涂层出现明显剥落那一刻所加载的载荷力就是涂层的结合力。与此同时，纳米划痕还可以记录摩擦力和摩擦系数，非常适用于表征薄膜、高硬度及脆性等样品。

☆ 小尺度硬度测试