硬度(hardness)是評(píng)價(jià)材料力學(xué)性能的一種簡單、高效的手段，已有百年的應(yīng)用歷史，但是，關(guān)于硬度的定義目前尚未統(tǒng)一。從作用形式上，可定義為“某一物體抵抗另一物體產(chǎn)生變形能力的度量”；從變形機(jī)理上，可定義為“抵抗彈性變形、塑性變形和破壞的能力”或“材料抵抗殘余變形和破壞的能力”。無論如何定義，在測(cè)量固體材料硬度時(shí)，總是將一定形狀和尺寸的較硬物體即壓頭以一定的壓力接觸被測(cè)試材料表面。硬度測(cè)量，不僅與材料的彈性模量、屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度等力學(xué)性能有關(guān)，還與測(cè)量儀器本身的測(cè)量條件有密切關(guān)系。所以，硬度本身不是一個(gè)物理量，而是材料局部區(qū)域力學(xué)性能在特定條件下的整體表現(xiàn)。它是材料對(duì)外界物體機(jī)械作用(壓入或刻劃)的局部抵抗能力的一種表現(xiàn)。

根據(jù)總施加載荷的大小：

宏觀硬度(日本、美國和前蘇聯(lián)等定為10N以上，歐共體國家和國際機(jī)構(gòu)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(chǎn)商為了便于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于較大尺寸的試樣，僅能得到材料的塑性性質(zhì)，隨著現(xiàn)代材料表面工程(氣相沉積、濺射、離子注入、高能束表面改性、熱噴涂等)、微電子、集成微光機(jī)電系統(tǒng)、生物和醫(yī)學(xué)材料的發(fā)展、試樣本身活表面改性層厚度越來越小，人們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)不僅要了解材料的塑性性質(zhì)，更需要掌握材料的彈性性質(zhì)。傳統(tǒng)的硬度測(cè)量已無法滿足新材料研究的需要，納米硬度技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

納米硬度計(jì)有兩種，壓痕硬度和劃痕硬度兩種工作模式，它是一種檢測(cè)材料微小體積內(nèi)力學(xué)性能的先進(jìn)測(cè)試儀器。由于壓痕或劃痕深度一般控制在微米甚至納米尺度，該儀器是進(jìn)行電子薄膜、各類涂層、材料表面及其該改性的力學(xué)性能檢測(cè)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(xué)性質(zhì)的空間分布，例如，能檢測(cè)出焊點(diǎn)及其附近材料的力學(xué)性質(zhì)。由于試樣準(zhǔn)備簡單，即使材料達(dá)到可以用其他宏觀方法檢測(cè)，該方法仍然是一種可以選擇的方法。

又名：壓痕儀/硬度計(jì)/顯微鏡硬度計(jì)/超顯微硬度計(jì)/動(dòng)態(tài)超顯微硬度計(jì)/納米硬度計(jì)/納米壓痕儀等,是一種用于表征各種涂層、薄膜的機(jī)械性能、產(chǎn)品品質(zhì)，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(zhì)、脆性或延展性材料。

應(yīng)用領(lǐng)域：

1)半導(dǎo)體技術(shù)：保護(hù)層、金屬層等

2)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：磁盤保護(hù)涂層、圓盤基底上的磁性涂層、CD上的保護(hù)涂層等

3)光學(xué)元件：隱形眼鏡、光學(xué)抗劃涂層、接觸棱鏡

4)裝飾涂層：蒸發(fā)金屬涂層

5)抗磨損涂層：TiN、TiC、DLC、刀具、模具、手機(jī)外殼等 

6)藥理學(xué)：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、剎車片 

8)一般工程技術(shù)應(yīng)用：抗耐性橡膠、觸摸屏、潤滑劑和潤滑油、滑動(dòng)軸承、自潤滑系統(tǒng)

9)MEMS微電子領(lǐng)域等

類金剛石硬化層納米硬度測(cè)試

納米壓痕測(cè)試

壓痕測(cè)試系統(tǒng)主要應(yīng)用于各種鍍層、涂層、薄膜、超薄膜、有機(jī)高分子膜、生物膜等、多層復(fù)合膜、DLC膜、潤滑膜、多相參雜材料、半導(dǎo)體材料、MEMS、生物材料（包括牙齒、骨頭等）以及相關(guān)工業(yè)產(chǎn)品力學(xué)特性的研究與評(píng)價(jià)。通過壓痕測(cè)試可得到硬度、剛度、彈性模量、斷裂剛度、失效點(diǎn)、應(yīng)力－應(yīng)變、蠕變性能等力學(xué)數(shù)據(jù)，力學(xué)分辨率高達(dá)1nN。

世界先進(jìn)的微納米力學(xué)測(cè)量技術(shù)涵蓋了微觀、納觀以及超納觀領(lǐng)域的各種材料機(jī)械性能的研究。微納米壓痕功能可測(cè)量材料硬度、剛度、彈性模量、斷裂剛度、失效點(diǎn)、應(yīng)力－應(yīng)變、蠕變性能等力學(xué)數(shù)據(jù)；微納米劃痕功能可測(cè)量材料膜基結(jié)合強(qiáng)度、臨界載荷、劃痕深度、摩擦力、摩擦系數(shù)、殘余深度及聲學(xué)信號(hào)等；同時(shí)配備三維高精度光學(xué)或AFM成像功能。

儀器簡介：

納米劃痕測(cè)試儀(10uN - 1N) 

可以測(cè)試薄膜和基底的臨界附著力，劃痕深度、劃痕寬度、凸起高度以及材料的粘彈性恢復(fù)等力學(xué)性能。可以進(jìn)行微拉伸實(shí)驗(yàn)。可實(shí)時(shí)記錄摩擦力及摩擦系數(shù)的變化，以及用于納米磨損測(cè)試。納米劃痕儀主要用于界定膜基結(jié)合強(qiáng)度與薄膜抗劃痕強(qiáng)度，適用的薄膜厚度一般低于800納米。納米劃痕儀可以用于多種薄膜材料的檢測(cè)分析，例如單層或多層PVD、CVD、PECVD薄膜，感光薄膜，彩繪釉漆，光學(xué)薄膜，微電子鍍膜，保護(hù)性薄膜，裝飾性涂層等等。基體可以為軟質(zhì)或硬質(zhì)材料，包括金屬、合金、半導(dǎo)體、玻璃、礦物、以及有機(jī)材料等。

技術(shù)參數(shù)：

劃痕測(cè)試單元：

10uN-1N<=劃痕正向力載荷  

最大摩擦力 1N（或200mN） 

摩擦力分辨率 6uN（或300nN） 

200>=最大劃痕深度  um 

120mm>=最大劃痕長度  

劃痕速度 0.4-600mm/min，連續(xù)可調(diào) 

高質(zhì)量金相顯微鏡系統(tǒng) ：

配有高分辨率的彩色CCD和與之匹配的圖形采集系統(tǒng) 

配有5X，20X、和100倍的物鏡鏡頭，最大屏幕上放大倍率4000倍 

在不拆卸、更換鏡頭的情況下，通過轉(zhuǎn)塔可以在不同倍率鏡頭間切換使用 

采用LED光源系統(tǒng) 

軟件控制光源系統(tǒng)的亮度和聚焦 

點(diǎn)擊鼠標(biāo)即可實(shí)時(shí)存取試樣表面的光學(xué)圖像 

全自動(dòng)連續(xù)景深成像（Multifocus） 

全景成像模式（Panorama模式，對(duì)劃痕） 

雙顯示器，一個(gè)用于測(cè)試模塊的軟件控制，一個(gè)用于光學(xué)圖像采集、觀察 

配有成像分析軟件：具有長度標(biāo)尺，可以測(cè)試或顯示光學(xué)圖像中任意兩點(diǎn)坐標(biāo)，水平距離、垂直距離、直線距離

XYZ三方向全自動(dòng)試樣臺(tái)（以CPX納米力學(xué)平臺(tái)為例）：

120mm>=X方向移動(dòng)范圍：  

70mm>=Y方向移動(dòng)范圍：  

70mmX20mm>=有效工作面積：  

定位分辨率：  0.1um 

定位精度:1um 

Z方向自動(dòng)移動(dòng)范圍： 30mm 

分辨率：10nm 

XYZ三方向移動(dòng)控制：鼠標(biāo)控制、鍵盤控制及操縱桿控制

多種金剛石劃痕針頭選擇（曲率半徑2um,5um,10um等，錐角60度，90度等）。

*****結(jié)束*****

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