高温纳米压痕的发展

由Alemnis AG)2021年5月26日

高温纳米压痕在材料科学、生物科学、涂料和增材制造等领域有着广泛的应用。欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球该方法一般用于研究材料在小尺度下的力学性能。欧洲杯足球竞彩

由于机械性能通常依赖于温度，高温纳米压痕的发展将对材料在高温下使用或加工的工业应用产生重大影响。欧洲杯足球竞彩

纳米压痕的发展

压痕试验涵盖了识别材料力学性能的一系列技术。欧洲杯足球竞彩

它们往往遵循相同的格式:用探针对测试材料进行压痕，直到形成压痕，并根据负载的大小、压痕器和样品的位移以及压痕的几何形状来表征材料的力学性能。

虽然宏观压痕方法(如维氏或洛氏硬度试验)可以提供各种材料的相对硬度的实际测量，但精确测量只能使用小载荷和压痕来实现。欧洲杯足球竞彩¹纳米压痕使这项技术得到了合乎逻辑的结论。

Nanoindentation是由分布在一个范围从几微米到几微米的区域内的几微米到几微米的负载来识别的。

纳米压痕会在材料表面产生非常微小的变形，通常无法用光学显微镜来解决。

纳米压痕比宏观压痕有许多优点。在这种尺度上的压痕有助于测量薄膜、涂层和小样品的机械性能，而不受基底的影响。²

此外，纳米压痕可以用于研究材料的微观特征或性能变化，如复杂微结构的不同组成相。^3.

早期的纳米压痕系统最初是在20世纪70年代开发出来的，这是由于人们对微电子学和生物材料的兴趣不断增加，其中包括对小体积样品和薄膜的研究。欧洲杯足球竞彩⁴

纳米压痕现在被广泛应用于材料的表征，主要是因为许多系统现在有能力自动化分析，因此只需要一个干净、平坦(和相对较小)的样品来工作。欧洲杯足球竞彩⁵

随着20世纪90年代早期技术的发展(包括Oliver和Pharr分析)，测量可以直接从力的扩展曲线获得，而无需描述印痕本身。⁶

传统的纳米压痕方法可以自动生成大量机械性能的统计评估测量值，包括硬度和弹性模量。

高温Nanoindentation

与大多数力学性能一样，使用纳米压痕获得的硬度和弹性模量是基于温度相关特性的。

为了准确地描述工程材料在高操作或加工温度下的力学行为，必须进行高温纳米压痕。欧洲杯足球竞彩

高温nanoindentation需要控制样品和压头加热到极端温度-温度约800°C是常用的。高温纳米压痕通常在真空中进行，以避免样品氧化和其他大气影响。

高温纳米压痕面临许多技术挑战，如样品氧化、温度漂移和热管理。

然而，高温纳米压痕系统的发展，如Alemnis高温模块(HTM)，促进了高温纳米压痕的普遍使用。

因此，高温纳米压痕技术的普及程度不断提高，目前已成为探测温度对材料性能影响的一种常规方法。

高温纳米压痕的应用

高温纳米压痕技术为基础材料的研究提供了一条新的途径。欧洲杯足球竞彩高温纳米压痕的极端局部性意味着它可以用于对材料行为的动力学特征的全面研究。

高温纳米压痕已经被有效地使用并成功地表征了广泛的温度诱导材料效应。

这包括硅和锗等半导体的相变⁷，大块金属玻璃的结晶性能⁸， P91钢的应力应变⁹以及固体中原子级塑性的起源。^10、11

高温纳米压痕也非常适合与几种成像技术(包括SEM和TEM)或电测量相结合使用，以对材料在纳米尺度上的行为有一个普遍的理解。欧洲杯足球竞彩¹²

在最近的发展中，这些复合现场技术有助于实时研究温度对微观结构的影响，以及在纳米尺度上力学、热效应和电效应之间的相互作用。

冲击试验和多循环压痕也被用来研究材料在不同温度下的变形抗力。

CrN涂层在室温和500°C之间进行10k冲击试验获得的载荷-位移曲线。图中显示的是使用金刚石平冲床在室温和500°C纳米冲击测试(1k和100k)中从第20次到第40次冲击和残留印迹的叠加曲线。

CrN涂层在室温和500°C之间进行10k冲击试验获得的载荷-位移曲线。显示的是从20的曲线叠加^th到40^th在室温和500°C纳米冲击测试(1k和100k)中使用金刚石平面冲床产生的冲击和残留印迹。图片来源:Alemnis AG

高温纳米压痕系统很好地适应快速热循环，因为纳米压痕测试使用小样品体积。在电子和半导体工业中具有重要意义的薄膜热机械疲劳的研究就是利用这种特性。⁵

Alemnis开发的高温纳米压痕系统不仅有助于压缩测试，还可以进行拉伸测试。这允许对微尺度的样品和特征进行高温动态测试，例如聚焦离子束或光刻产生的样品和特征。

Alemnis高温纳米压痕系统

Alemnis Standard Assembly (ASA)是世界上最动态的压痕系统，为开发特定应用的纳米机械测试方法提供了模块化平台。

用四种高温模块中的一种来修改ASA，可以为高温纳米压痕应用提供强大、高性能和经济的系统。

Alemnis高温模块，加热温度可达200°C在空气中可达1000°C真空。该系统包含三个小于1的热传感器°C分辨率和两个独立的温度控制回路，精确设定和调节温度。

结果是高温nanoindentation在保持较短的温度稳定时间的同时，可以非常精确地控制环境。

联系Alemnis今天找到更多关于ASA的能力高温纳米压痕应用。

参考文献

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美国心理学协会
Alemnis AG)。(2021年6月01)。高温纳米压痕的发展。AZoM。于2021年6月24日从//www.wireless-io.com/article.aspx?ArticleID=20453检索。
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哈佛大学
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