隨著微納米技術(shù)的快速發(fā)展,微納米尺度下材料的力學(xué)性能測試研究受到更多的關(guān)注。在各類材料測試方法中,壓痕/劃痕測試技術(shù)因其方法簡單、樣品制備容易、精度高、可獲取豐富材料性能信息等優(yōu)點,受到國內(nèi)外學(xué)術(shù)界廣泛關(guān)注。近幾年,隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展特別是對材料性能測試水平的要求不斷提高,原位(In situ)納米壓痕測試技術(shù)應(yīng)運而生。目前,國外已有商業(yè)化的原位微納米壓痕/劃痕儀器產(chǎn)品,但一方面進(jìn)口儀器周期長、價格貴,且核心技術(shù)對我國禁運,同時因儀器結(jié)構(gòu)功能限制導(dǎo)致商業(yè)化儀器難以實現(xiàn)功能擴(kuò)展。針對這類問題,本文在開展了原位納米壓痕/劃痕測試技術(shù)研究的基礎(chǔ)上,設(shè)計提出了一種原位納米壓痕/劃痕測試平臺,實現(xiàn)對材料的壓痕/劃痕性能測試,不僅可測定壓痕過程的載荷-壓深曲線,還可實現(xiàn)對劃痕過程中法向力與切向力的實時測量。該平臺設(shè)計集成了精密劃痕驅(qū)動單元和大行程劃痕運動組件以實現(xiàn)劃痕測試中的驅(qū)動加載,以壓電致動器作為壓痕測試的精密驅(qū)動加載單元,通過精密三軸力傳感器檢測壓痕過程中的壓入力和劃痕過程的刻劃力。論文在綜述分析了原位納米壓痕/劃痕測試技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,對現(xiàn)有的壓痕和劃痕測試基本理論與數(shù)據(jù)分析方...

【文章頁數(shù)】：93 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 原位納米壓痕/劃痕測試儀器的研究現(xiàn)狀
        1.2.1 國外研究現(xiàn)狀
        1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀
    1.3 原位納米壓痕/劃痕測試典型應(yīng)用的研究進(jìn)展
        1.3.1 原位壓痕測試
        1.3.2 原位劃痕測試
    1.4 本文主要研究內(nèi)容
第2章 原位納米壓痕/劃痕測試技術(shù)基礎(chǔ)理論
    2.1 壓痕測試的基本理論
    2.2 劃痕測試的基本理論
    2.3 壓痕/劃痕測試壓頭類型和選取
        2.3.1 玻氏壓頭
        2.3.2 立方角壓頭
        2.3.3 維氏壓頭
        2.3.4 圓錐壓頭
    2.4 壓痕/劃痕測試的影響因素分析
        2.4.1 測試儀器的影響
        2.4.2 試樣表面的影響
        2.4.3 測試環(huán)境的影響
        2.4.4 壓入位置的影響
    2.5 本章小結(jié)
第3章 原位納米壓痕/劃痕測試裝置設(shè)計分析
    3.1 原位納米壓痕/劃痕測試裝置概述
    3.2 測試裝置樣機(jī)的工作原理
    3.3 原位壓痕測試模塊
        3.3.1 精密驅(qū)動與位移信號檢測單元
        3.3.2 精密載荷信號檢測單元
    3.4 原位劃痕測試模塊
        3.4.1 精密載荷信號檢測單元
        3.4.2 大行程劃痕運動組件設(shè)計及有限元分析
        3.4.3 精密劃痕單元設(shè)計及有限元分析
        3.4.4 劃痕測試模塊性能測試
    3.5 原位納米壓痕/劃痕測試控制系統(tǒng)
    3.6 整機(jī)模態(tài)分析
    3.7 本章小結(jié)
第4章 原位納米壓痕測試裝置性能測試與校準(zhǔn)
    4.1 測試裝置基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)
    4.2 載荷力傳感器與位移傳感器的標(biāo)定校準(zhǔn)
        4.2.1 載荷力傳感器標(biāo)定校準(zhǔn)
        4.2.2 位移傳感器標(biāo)定校準(zhǔn)
    4.3 測試裝置壓痕性能測試分析
        4.3.1 電機(jī)宏動調(diào)整單元測試
        4.3.2 閉環(huán)控制特性測試
    4.4 測試裝置修正校準(zhǔn)
        4.4.1 測試誤差分析
        4.4.2 機(jī)架柔度測定分析
    4.5 校準(zhǔn)前后壓痕曲線的比對分析
        4.5.1 校準(zhǔn)前后比對分析
        4.5.2 與標(biāo)準(zhǔn)樣品壓痕曲線的比對
        4.5.3 測試裝置壓痕曲線重復(fù)性測試分析
    4.6 本章小結(jié)
第5章 原位納米壓痕/劃痕測試試驗
    5.1 典型材料的原位壓痕試驗
        5.1.1 單晶硅壓痕試驗研究
        5.1.2 單晶銅壓痕試驗研究
    5.2 原位劃痕試驗研究
        5.2.1 單晶硅劃痕試驗研究
        5.2.2 單晶銅劃痕試驗研究
    5.3 試驗誤差分析
    5.4 本章小結(jié)
第6章 結(jié)論與展望
    6.1 總結(jié)
    6.2 展望
參考文獻(xiàn)
作者簡介及攻讀碩士學(xué)位期間的主要科研成果
致謝



本文編號：3945358