納米壓痕測量薄膜力學參數(shù)的多尺度研究.pdf

1、隨著微/納米技術(shù)的迅猛發(fā)展，過去的十年里，在微/納觀尺度下如何表征材料力學性能方面取得了令人矚目的成就，使得納米材料及其技術(shù)成為目前科學研究的熱點之一。由于納米材料在微觀尺度下的表面/界面的影響，力學性能方面往往會表現(xiàn)出與微觀尺度的小尺寸效應。這也是對當今納米科技相關(guān)機械性能的研究帶來的新問題之一。納米壓痕技術(shù)是一種用于研究材料小尺寸范圍相關(guān)力學性能的技術(shù)之一，它可以用來觀察納米等級微變形行為和目前最為關(guān)注的壓痕尺寸效應的研究。

2、 本文首先針對薄膜材料在納米壓痕試驗時出現(xiàn)壓痕尺寸效應，運用準連續(xù)介質(zhì)法模擬單晶鋁膜納米壓痕試驗初始塑性變形過程。分析了不同直徑的剛性圓柱形壓頭分別壓入同一深度時彈性和塑性變形特點，并獲得了相應的載荷—壓深曲線?；贠liver-Pharr 法，預測了納米硬度值和彈性模量；當壓頭直徑達到或超過80 ? 時納米硬度值趨于穩(wěn)定值，即壓頭尺寸效應消失。同時表明彈性模量不存在尺寸效應。表明材料的彈性模量本質(zhì)上僅依賴原子間的結(jié)合能，而和壓頭尺寸基

3、本無關(guān)。研究表明計算結(jié)果試驗結(jié)果非常吻合，表明使用該方法預測薄膜材料的納米硬度和彈性模量是可行的。 其次為了檢測測試材料表面對納米壓痕試驗中相關(guān)力學參量測試結(jié)果的影響，運用準連續(xù)介質(zhì)法模擬了具有一定表面形貌的單晶銅薄膜的初始變形過程。同樣利用Oliver-Pharr 法預測了單晶銅的納米硬度值和彈性模量。結(jié)果表明具有一定表面形貌的測試數(shù)據(jù)均低于完美單晶表面所計算獲得的數(shù)值?；谘芯堪l(fā)現(xiàn)在納米壓痕試驗中應該考慮到如下因素可能會對試