微纳米力学测量系统(纳米硬度计)

硬度(hardness)是评价材料力学性能的一种简单、高效的手段，已有百年的应用历史，但是，关于硬度的定义目前尚未统一。从作用形式上，可定义为“某一物体抵抗另一物体产生变形能力的度量”；从变形机理上，可定义为“抵抗弹性变形、塑性变形和破坏的能力”或“材料抵抗残余变形和破坏的能力”。无论如何定义，在测量固体材料硬度时，总是将一定形状和尺寸的较硬物体即压头以一定的压力接触被测试材料表面。硬度测量，不仅与材料的弹性模量、屈服强度、抗拉强度等力学性能有关，还与测量仪器本身的测量条件有密切关系。所以，硬度本身不是一个物理量，而是材料局部区域力学性能在特定条件下的整体表现。它是材料对外界物体机械作用(压入或刻划)的局部抵抗能力的一种表现。

根据总施加载荷的大小：

宏观硬度(日本、美国和前苏联等定为10N以上，欧共体国家和国际机构则定为2N以上)

显微硬度(上限：10N或2N；下限：10mN左右)

纳米硬度(一般在700mN以下，有的生产商为了便于研究者模拟显微硬度，配有10N载荷附件。)

宏观硬度和显微硬度适用于较大尺寸的试样，仅能得到材料的塑性性质，随着现代材料表面工程(气相沉积、溅射、离子注入、高能束表面改性、热喷涂等)、微电子、集成微光机电系统、生物和医学材料的发展、试样本身活表面改性层厚度越来越小，人们在设计时不仅要了解材料的塑性性质，更需要掌握材料的弹性性质。传统的硬度测量已无法满足新材料研究的需要，纳米硬度技术应运而生。

纳米硬度计有两种，压痕硬度和划痕硬度两种工作模式，它是一种检测材料微小体积内力学性能的先进测试仪器。由于压痕或划痕深度一般控制在微米甚至纳米尺度，该仪器是进行电子薄膜、各类涂层、材料表面及其该改性的力学性能检测的理想手段。它不需要将表层从基体上剥离，可以直接给出材料表层力学性质的空间分布，例如，能检测出焊点及其附近材料的力学性质。由于试样准备简单，即使材料达到可以用其他宏观方法检测，该方法仍然是一种可以选择的方法。

又名：压痕仪/硬度计/显微镜硬度计/超显微硬度计/动态超显微硬度计/纳米硬度计/纳米压痕仪等,是一种用于表征各种涂层、薄膜的机械性能、产品品质，包括硬度、弹性模量和断裂韧性等，表征的材料几乎包括所有类型的材料：柔软、硬质、脆性或延展性材料。

应用领域：

1)半导体技术：保护层、金属层等

2)数据存储：磁盘保护涂层、圆盘基底上的磁性涂层、CD上的保护涂层等

3)光学元件：隐形眼镜、光学抗划涂层、接触棱镜

4)装饰涂层：蒸发金属涂层

5)抗磨损涂层：TiN、TiC、DLC、刀具、模具、手机外壳等 

6)药理学：药片和药丸、植入器官、生物组织 

7)汽车：油漆和聚合物、清漆和修饰、玻璃窗、刹车片 

8)一般工程技术应用：抗耐性橡胶、触摸屏、润滑剂和润滑油、滑动轴承、自润滑系统

9)MEMS微电子领域等

类金刚石硬化层纳米硬度测试

纳米压痕测试

压痕测试系统主要应用于各种镀层、涂层、薄膜、超薄膜、有机高分子膜、生物膜等、多层复合膜、DLC膜、润滑膜、多相参杂材料、半导体材料、MEMS、生物材料（包括牙齿、骨头等）以及相关工业产品力学特性的研究与评价。通过压痕测试可得到硬度、刚度、弹性模量、断裂刚度、失效点、应力－应变、蠕变性能等力学数据，力学分辨率高达1nN。

世界先进的微纳米力学测量技术涵盖了微观、纳观以及超纳观领域的各种材料机械性能的研究。微纳米压痕功能可测量材料硬度、刚度、弹性模量、断裂刚度、失效点、应力－应变、蠕变性能等力学数据；微纳米划痕功能可测量材料膜基结合强度、临界载荷、划痕深度、摩擦力、摩擦系数、残余深度及声学信号等；同时配备三维高精度光学或AFM成像功能。

仪器简介：

纳米划痕测试仪(10uN - 1N) 

可以测试薄膜和基底的临界附着力，划痕深度、划痕宽度、凸起高度以及材料的粘弹性恢复等力学性能。可以进行微拉伸实验。可实时记录摩擦力及摩擦系数的变化，以及用于纳米磨损测试。纳米划痕仪主要用于界定膜基结合强度与薄膜抗划痕强度，适用的薄膜厚度一般低于800纳米。纳米划痕仪可以用于多种薄膜材料的检测分析，例如单层或多层PVD、CVD、PECVD薄膜，感光薄膜，彩绘釉漆，光学薄膜，微电子镀膜，保护性薄膜，装饰性涂层等等。基体可以为软质或硬质材料，包括金属、合金、半导体、玻璃、矿物、以及有机材料等。

技术参数：

划痕测试单元：

10uN-1N<=划痕正向力载荷  

最大摩擦力 1N（或200mN） 

摩擦力分辨率 6uN（或300nN） 

200>=最大划痕深度  um 

120mm>=最大划痕长度  

划痕速度 0.4-600mm/min，连续可调 

高质量金相显微镜系统 ：

配有高分辨率的彩色CCD和与之匹配的图形采集系统 

配有5X，20X、和100倍的物镜镜头，最大屏幕上放大倍率4000倍 

在不拆卸、更换镜头的情况下，通过转塔可以在不同倍率镜头间切换使用 

采用LED光源系统 

软件控制光源系统的亮度和聚焦 

点击鼠标即可实时存取试样表面的光学图像 

全自动连续景深成像（Multifocus） 

全景成像模式（Panorama模式，对划痕） 

双显示器，一个用于测试模块的软件控制，一个用于光学图像采集、观察 

配有成像分析软件：具有长度标尺，可以测试或显示光学图像中任意两点坐标，水平距离、垂直距离、直线距离

XYZ三方向全自动试样台（以CPX纳米力学平台为例）：

120mm>=X方向移动范围：  

70mm>=Y方向移动范围：  

70mmX20mm>=有效工作面积：  

定位分辨率：  0.1um 

定位精度:1um 

Z方向自动移动范围： 30mm 

分辨率：10nm 

XYZ三方向移动控制：鼠标控制、键盘控制及操纵杆控制

多种金刚石划痕针头选择（曲率半径2um,5um,10um等，锥角60度，90度等）。

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