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(cè)試研究受到更多的關(guān)注。在各類材料測(cè)試方法中,壓痕/劃痕測(cè)試技術(shù)因其方法簡(jiǎn)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(diǎn),受到國(guó)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(duì)材料性能測(cè)試水平的要求不斷提高,原位(In situ)納米壓痕測(cè)試技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。目前,國(guó)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(zhǎng)、價(jià)格貴,且核心技術(shù)對(duì)我國(guó)禁運(yùn),同時(shí)因儀器結(jié)構(gòu)功能限制導(dǎo)致商業(yè)化儀器難以實(shí)現(xiàn)功能擴(kuò)展。針對(duì)這類問(wèn)題,本文在開(kāi)展了原位納米壓痕/劃痕測(cè)試技術(shù)研究的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)提出了一種原位納米壓痕/劃痕測(cè)試平臺(tái),實(shí)現(xiàn)對(duì)材料的壓痕/劃痕性能測(cè)試,不僅可測(cè)定壓痕過(guò)程的載荷-壓深曲線,還可實(shí)現(xiàn)對(duì)劃痕過(guò)程中法向力與切向力的實(shí)時(shí)測(cè)量。該平臺(tái)設(shè)計(jì)集成了精密劃痕驅(qū)動(dòng)單元和大行程劃痕運(yùn)動(dòng)組件以實(shí)現(xiàn)劃痕測(cè)試中的驅(qū)動(dòng)加載,以壓電致動(dòng)器作為壓痕測(cè)試的精密驅(qū)動(dòng)加載單元,通過(guò)精密三軸力傳感器檢測(cè)壓痕過(guò)程中的壓入力和劃痕過(guò)程的刻劃力。論文在綜述分析了原位納米壓痕/劃痕測(cè)試技術(shù)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,對(duì)現(xiàn)有的壓痕和劃痕測(cè)試基本理論與數(shù)據(jù)分析方...

【文章頁(yè)數(shù)】：93 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)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(cè)試儀器的研究現(xiàn)狀
        1.2.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀
        1.2.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀
    1.3 原位納米壓痕/劃痕測(cè)試典型應(yīng)用的研究進(jìn)展
        1.3.1 原位壓痕測(cè)試
        1.3.2 原位劃痕測(cè)試
    1.4 本文主要研究?jī)?nèi)容
第2章 原位納米壓痕/劃痕測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)理論
    2.1 壓痕測(cè)試的基本理論
    2.2 劃痕測(cè)試的基本理論
    2.3 壓痕/劃痕測(cè)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(cè)試的影響因素分析
        2.4.1 測(cè)試儀器的影響
        2.4.2 試樣表面的影響
        2.4.3 測(cè)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(cè)試裝置設(shè)計(jì)分析
    3.1 原位納米壓痕/劃痕測(cè)試裝置概述
    3.2 測(cè)試裝置樣機(jī)的工作原理
    3.3 原位壓痕測(cè)試模塊
        3.3.1 精密驅(qū)動(dòng)與位移信號(hào)檢測(cè)單元
        3.3.2 精密載荷信號(hào)檢測(cè)單元
    3.4 原位劃痕測(cè)試模塊
        3.4.1 精密載荷信號(hào)檢測(cè)單元
        3.4.2 大行程劃痕運(yùn)動(dòng)組件設(shè)計(jì)及有限元分析
        3.4.3 精密劃痕單元設(shè)計(jì)及有限元分析
        3.4.4 劃痕測(cè)試模塊性能測(cè)試
    3.5 原位納米壓痕/劃痕測(cè)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(cè)試裝置性能測(cè)試與校準(zhǔn)
    4.1 測(cè)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(cè)試裝置壓痕性能測(cè)試分析
        4.3.1 電機(jī)宏動(dòng)調(diào)整單元測(cè)試
        4.3.2 閉環(huán)控制特性測(cè)試
    4.4 測(cè)試裝置修正校準(zhǔn)
        4.4.1 測(cè)試誤差分析
        4.4.2 機(jī)架柔度測(cè)定分析
    4.5 校準(zhǔn)前后壓痕曲線的比對(duì)分析
        4.5.1 校準(zhǔn)前后比對(duì)分析
        4.5.2 與標(biāo)準(zhǔn)樣品壓痕曲線的比對(duì)
        4.5.3 測(cè)試裝置壓痕曲線重復(fù)性測(cè)試分析
    4.6 本章小結(jié)
第5章 原位納米壓痕/劃痕測(cè)試試驗(yàn)
    5.1 典型材料的原位壓痕試驗(yàn)
        5.1.1 單晶硅壓痕試驗(yàn)研究
        5.1.2 單晶銅壓痕試驗(yàn)研究
    5.2 原位劃痕試驗(yàn)研究
        5.2.1 單晶硅劃痕試驗(yàn)研究
        5.2.2 單晶銅劃痕試驗(yàn)研究
    5.3 試驗(yàn)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(jiǎn)介及攻讀碩士學(xué)位期間的主要科研成果
致謝



本文編號(hào)：3945358