基于納米壓痕技術及有限元模擬的薄膜力學性能研究.pdf

1、隨著薄膜技術的發(fā)展，薄膜材料以其獨特的性能在化工、電子、機械、生物和環(huán)境等眾多領域得到廣泛應用，薄膜材料力學性能的表征一直是材料科學界和力學界研究的熱點，研究薄膜的力學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性能日益成為人們關注的課題。納米壓痕技術作為一種測量薄膜材料力學

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，需要結合有限元數值模擬和量綱分析方法來完成。
　　 1．本文采用納米壓痕技術結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。運用納米壓痕儀對氧化鋅薄膜/玻璃基底進行多組納米壓痕試驗，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性能，如彈性模量、屈服強度和塑性強化模量等聯系起來，建立起兩者間的無量綱函數關系結構式。
　　 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的具體表達式。再結合納米壓痕試驗得出的載荷-位移曲線計算出材料的屈服強度和塑性強化模量。
　　 最后，將有限元模擬和納米壓痕試驗所得載荷-位移曲線進行比較，發(fā)現兩者吻合得比較好。因此，這種得到材料彈塑性性能的方法是可行