Effects of the Fabrication Processes of NC-Si:H Films on Their Mechanical Properties

Studies of nanoindentation were performed on nc-Si:H films to evaluate the effects of the fabrication processes on their mechani-cal properties. It is observed that with the decrease of the SiH4 contents, the grain size of the films increases gradually, and as does the crystalline volume fraction. The smaller the grains become, the more homogeneous the films, and the more even the hardness as well as the modulus will be. The hardness and the modulus will increase with the substrate’s temperature rising. The hardness and the modulus of the nc-Si:H films on the Si substrate prove to be higher than those on the glass substrate given the same technology parameters. How-ever, the films on the glass substrate appear to be more homogeneous.     

单晶铝纳米级硬度试验研究

使用纳米硬度计对单晶铝进行了纳米压痕试验，利用原子力显微镜对压痕形貌进行扫描并计算硬度值，重点观察和分析了纳米级条件下单晶铝的硬度性质，结果表明，当压痕深度小于2000nm时，单晶铝纳米硬度存在尺寸效应现象；从材料性质的角度分析了纳米硬度尺寸效应现象；探讨了纳米硬度和传统硬度本质上的区别，指出其根本原因在于不同尺度下人们对材料性质的关注点不同。     

蓝宝石的纳米压痕试验与有限元仿真研究

在对蓝宝石进行纳米压痕试验的基础上,利用有限单元法建立了纳米压痕试验的数值模型,对蓝宝石的纳米压痕试验进行模拟、计算和分析,确定了蓝宝石表层的材料性能和力学特性.该模型可以研究在加工过程中,主要工艺参数对加工效果、加工效率、所导致的加工表面损伤层的影响,确定它们之间的相互关系,进而优化工艺参数,完善蓝宝石材料精密研磨加工的水平.     

材料表面两层薄膜硬度的测试计算

给出了基于纳米硬度试验的二层薄膜的硬度测算方法。首先利用有限元方法探讨了二层薄膜一基体材料系统的硬度随压痕深度变化的规律，进而推导和验证了材料系统硬度一位移曲线的拟合公式，最后给出了以压痕实验为基础的二层薄膜材料硬度的计算公式。     

纳米力学测试系统位移传感器校准装置

介绍了用激光干涉方法对纳米力学测试系统位移传感器进行校准的方法,并建立了校准装置;采用平衡式光学系统设计,干涉系统的抗干扰能力得到了显著提高,通过零位移测量实验对装置的稳定性进行了验证;用校准装置对TriboIndenter纳米力学测试系统的位移传感器进行了校准实验,测量不确定度分析结果表明该系统测量压头位移的准确度可以达到纳米量级。     

纳米压痕试验中圆柱形压头尺寸效应

针对薄膜材料在纳米压痕试验时出现的压痕尺寸效应,运用准连续介质法模拟单晶铝膜纳米压痕试验初始塑性变形过程。分析了不同直径的刚性圆柱形压头分别压入同一深度时弹性和塑性变形特点,并获得了相应的载荷—压深曲线。基于Oliver-Pharr法,预测了纳米硬度值和弹性模量。研究数据表明:纳米硬度值随着压头直径的增加而减小,呈现出明显的压头尺寸效应;当压头直径达到或超过80时纳米硬度值趋于稳定值,即压头尺寸效应消失。同时表明弹性模量不存在尺寸效应。表明材料的弹性模量本质上仅依赖原子间的结合能,而和压头尺寸基本无关。     

基于准连续介质力学法预测单晶铜的纳米硬度

采用准连续介质力学的数值方法,模拟了单晶铜纳米压痕试验中的初始塑性变形过程,获得了压头在不同压深时的载荷-压深的加载和卸载曲线,然后根据Oliver-Pharr方法计算出压头在不同压深时单晶铜的接触刚度、纳米硬度,并将获得的计算结果与相关文献的试验结果相比较。研究发现:单晶铜的接触刚度-位移曲线呈线性关系,纳米硬度-位移曲线存在尺寸效应现象,计算获得的纳米硬度值为0.755±0.027Gpa,这些结果与文献中实验获得的结果非常吻合,表明使用该方法预测材料纳米硬度是非常有效、正确和可行的。     

表层材料硬度检测及结果的对比分析

针对表层材料硬度检测中常用的几种显微硬度仪以及近年来发展的同乡会米压痕技术，对比分析了各种硬度仪的特点及其使用范围，着重指出了显微硬度仪与纳米压痕仪的定义在物理本质上的差别。最后针对最常用的维氏显微硬仪与目前先进的纳米压痕技术，利用有限元数值模拟并结合纳米压痕实验数据，给出了两种硬度值在数量上的关系。     

纳米压痕硬度计测方法的研究进展

针对纳米尺度下的材料硬度测量,利用纳米硬度计得到压痕的载荷-压深曲线,并用原子力显微镜得到压痕的三维形貌图.通过载荷-压深曲线和压痕形貌图,以及相应的计算方法,可以得到纳米压痕硬度.纳米压痕硬度计测方法不同,得到的材料硬度值也不同.分析现有的几种纳米压痕硬度计测方法,找出它们的优缺点,并对未来发展方向做了展望.     

类金刚石薄膜的微/纳米机械和摩擦性能

采用真空磁过滤等离子电弧沉积的方法在9Crl8钢上沉积不同厚度的DLC膜。为了检测成膜质量，在较宽的载荷范围内分别使用显微硬度、纳米压痕和划痕技术表征9Crl8钢和DLC／9Crl8的机械和摩擦性能。结果显示，9Crl8和DLC的纳米硬度和弹性模量分别为8GPa、250GPa和60GPa、600GPa，9Crl8、DLC和有机膜的摩擦系数分别为0．35、0．20和0．13。纳米压痕和划痕技术能为DLC／9Crl8提供丰富的近表面弹塑性变形和摩擦、磨损等信息。DLC／9Crl8的机械和摩擦性能的研究可以用来评估膜的承载和抗磨损性能。