【摘要】 对于粘弹性材料来说，载荷和压入深度之间的关系并不是那么明确，给定载荷所产生的压入深度可能取决于载荷施加的速率以及载荷本身的大小。

对于粘弹性材料来说，载荷和压入深度之间的关系并不是那么明确，给定载荷所产生的压入深度可能取决于载荷施加的速率以及载荷本身的大小。对于这样的材料，纳米压痕测试将伴随着“蠕变”，表现为施加恒定载荷时深度会发生变化，如图一所示。对载荷-位移曲线的蠕变部分的分析可以获得材料的类固体(Solid-like)和类液体（Liquid-like）特性的定量信息。对于脆性材料，压痕过程中试件可能会发生开裂，特别是当使用B erkovich或Vickers压头等锥形压头时。如图二所示，裂纹的长度通常从压痕的角部开始，可以用来计算试样材料的断裂韧性。

 

图一 粘弹性体的载荷-位移曲线

 

图二 脆性材料中压痕角部发出的裂纹

 

此外，可以采用更多先进的方法研究薄膜的力学性能和粘附特性，高温下材料的性能，抗划伤性，以及在某些情况下的范德瓦尔斯型表面力等。有研究者在硅衬底上对厚度为300,600或1000nm的铜多晶薄膜进行纳米压痕实验研究。由于位错成核的影响，载荷-位移曲线在压痕压入深度中呈现出周期性爆发，如图三所示。在大致恒定的压痕载荷下发生的位错成核爆发被弹性变形响应分开，该弹性变形响应符合Beikovich 压痕的基克定律，并且可以仅由薄膜的弹性属性估计。纳米压痕的抵抗力随着膜的厚度增加而降低，随着薄膜厚度的减小，薄膜的“平均”屈服强度就会随之增加。

 

图三 位移爆发示意图

 

[1]Suresh S, Nieh T,Choi B W.Nano-indentation of copper thin films on silicon substrates[J].Scripta Materialia,1999,41(9): 951-957.

[2]蔡建雄.基于纳米压痕的有序微纳结构制备研究[D].哈尔滨工业大学,2018.

 

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