基于納米壓痕技術(shù)及有限元模擬的薄膜力學(xué)性能研究.pdf

1、隨著薄膜技術(shù)的發(fā)展，薄膜材料以其獨(dú)特的性能在化工、電子、機(jī)械、生物和環(huán)境等眾多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，薄膜材料力學(xué)性能的表征一直是材料科學(xué)界和力學(xué)界研究的熱點(diǎn)，研究薄膜的力學(xué)性能就顯得尤為重要。
　　 由于薄膜材料的小尺度（微納米尺度），力學(xué)性能不同于相同組成元素的塊狀材料，其測量方法不能簡單的用宏觀測量方法得到，也不能用傳統(tǒng)的宏觀理論來解釋。因此精確地測量薄膜材料的力學(xué)性能日益成為人們關(guān)注的課題。納米壓痕技術(shù)作為一種測量薄膜材料力學(xué)

2、性能的方法，通過連續(xù)記錄加載與卸載期間載荷與位移的變化，可以測量出材料的彈性性能。但是由于納米壓痕測試技術(shù)是建立在壓痕問題的彈性解之上的，對于材料的塑性性能，需要結(jié)合有限元數(shù)值模擬和量綱分析方法來完成。
　　 1．本文采用納米壓痕技術(shù)結(jié)合量綱分析方法和有限元方法分析薄膜材料的彈塑性性能。運(yùn)用納米壓痕儀對氧化鋅薄膜/玻璃基底進(jìn)行多組納米壓痕試驗(yàn)，得出氧化鋅薄膜的彈性模量和載荷-位移曲線。
　　 2．基于材料雙線性本構(gòu)模型，

3、用量綱分析方法將納米壓痕的加卸載過程與被壓材料的力學(xué)性能，如彈性模量、屈服強(qiáng)度和塑性強(qiáng)化模量等聯(lián)系起來，建立起兩者間的無量綱函數(shù)關(guān)系結(jié)構(gòu)式。
　　 3．通過有限元方法模擬納米壓痕壓入過程，分析得到無量綱函數(shù)的具體表達(dá)式。再結(jié)合納米壓痕試驗(yàn)得出的載荷-位移曲線計(jì)算出材料的屈服強(qiáng)度和塑性強(qiáng)化模量。
　　 最后，將有限元模擬和納米壓痕試驗(yàn)所得載荷-位移曲線進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)兩者吻合得比較好。因此，這種得到材料彈塑性性能的方法是可行