硬度(hardness)是評價(jia) 材料力學性能的一種簡單、的手段,已有百年的應用曆史,但是,關(guan) 於(yu) 硬度的定義(yi) 目前尚未統一。從(cong) 作用形式上,可定義(yi) 為(wei) “某一物體(ti) 抵抗另一物體(ti) 產(chan) 生變形能力的度量”;從(cong) 變形機理上,可定義(yi) 為(wei) “抵抗彈性變形、塑性變形和破壞的能力”或“材料抵抗殘餘(yu) 變形和破壞的能力”。無論如何定義(yi) ,在測量固體(ti) 材料硬度時,總是將一定形狀和尺寸的較硬物體(ti) 即壓頭以一定的壓力接觸被測試材料表麵。硬度測量,不僅(jin) 與(yu) 材料的彈性模量、屈服強度、抗拉強度等力學性能有關(guan) ,還與(yu) 測量儀(yi) 器本身的測量條件有密切關(guan) 係。所以,硬度本身不是一個(ge) 物理量,而是材料局部區域力學性能在特定條件下的整體(ti) 表現。它是材料對外界物體(ti) 機械作用(壓入或刻劃)的局部抵抗能力的一種表現。
根據總施加載荷的大小:
宏觀硬度(日本、美國和前蘇聯等定為10N以上,歐共體國家和機構則定為2N以上)
顯微硬度(上限:10N或2N;下限:10mN左右)
納米硬度(一般在700mN以下,有的生產商為了便於研究者模擬顯微硬度,配有10N載荷附件。)
宏觀硬度和顯微硬度適用於較大尺寸的試樣,僅能得到材料的塑性性質,隨著現代材料表麵工程(氣相沉積、濺射、離子注入、高能束表麵改性、熱噴塗等)、微電子、集成微光機電係統、生物和醫學材料的發展、試樣本身活表麵改性層厚度越來越小,人們在設計時不僅要了解材料的塑性性質,更需要掌握材料的彈性性質。傳統的硬度測量已無法滿足新材料研究的需要,納米硬度技術應運而生。
計有兩種壓痕硬度和劃痕硬度兩種工作模式,它是一種檢測材料微小體積內力學性能的先進測試儀器。由於壓痕或劃痕深度一般控製在微米甚至納米尺度,該儀器是進行電子薄膜、各類塗層、材料表麵及其該改性的力學性能檢測的理想手段。它不需要將表層從基體上剝離,可以直接給出材料表層力學性質的空間分布,例如,能檢測出焊點及其附近材料的力學性質。由於試樣準備簡單,即使材料達到可以用其他宏觀方法檢測,該方法仍然是一種可以選擇的方法。
又名:壓痕儀/硬度計/顯微鏡硬度計/超顯微硬度計/動態超顯微硬度計/計/納米壓痕儀等,是一種用於表征各種塗層、薄膜的機械性能、產品品質,包括硬度、彈性模量和斷裂韌性等,表征的材料幾乎包括所有類型的材料:柔軟、硬質、脆性或延展性材料。
應用領域:
1)半導體技術:保護層、金屬層等
2)數據存儲:磁盤保護塗層、圓盤基底上的磁性塗層、CD上的保護塗層等
3)光學元件:隱形眼鏡、光學抗劃塗層、接觸棱鏡
4)裝飾塗層:蒸發金屬塗層
5)抗磨損塗層:TiN、TiC、DLC、刀具、模具、手機外殼等 6)藥理學:藥片和藥丸、植入器官、生物組織 7)汽車:油漆和聚合物、清漆和修飾、玻璃窗、刹車片 8)一般工程技術應用:抗耐性橡膠、觸摸屏、潤滑劑和潤滑油、滑動軸承、自潤滑係統
9)MEMS微電子領域等