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利用壓痕儀表征材料的強(qiáng)度硬度和斷裂韌性

來源：測(cè)試GO 時(shí)間：2022-07-14 15:00:41 瀏覽：3557次

納米壓痕儀是最近幾年來新提出的一種表征材料強(qiáng)度、硬度和韌性等性能的測(cè)試儀器，廣泛應(yīng)用于薄膜或涂層結(jié)合強(qiáng)度的測(cè)試，精度達(dá)到納米的壓痕儀也可作為細(xì)胞劃痕實(shí)驗(yàn)工具。

劃痕儀

儀器化劃入測(cè)試方法已經(jīng)成功應(yīng)用于測(cè)試各種材料（包括硬的合金、陶瓷、金屬、巖石和軟的高分子聚合物、堿硅酸鹽凝膠等）的斷裂韌度（跨越兩個(gè)數(shù)量級(jí)）在材料科學(xué)與工程領(lǐng)域具有巨大應(yīng)用前景，尤其是評(píng)估微米級(jí)材料或多尺度復(fù)合材料（比如碎屑-橡膠混凝土、再生混凝土、水泥、頁(yè)巖，骨頭、功能梯度和復(fù)合涂層）的斷裂性能，其諸多優(yōu)勢(shì)包括：結(jié)果與傳統(tǒng)方法（比如單邊缺口試樣的三點(diǎn)彎曲、緊湊拉伸）測(cè)量值一致；重復(fù)性好；材料體積小；設(shè)備操作、數(shù)據(jù)分析簡(jiǎn)單；近乎無損檢測(cè)（微米級(jí)劃入測(cè)試劃入深度一般在十幾微米）；尤其是試樣制備簡(jiǎn)單，不需要預(yù)制缺口或裂紋；測(cè)試成本和周期都大大減小。

在壓痕儀儀器化壓入過程中，利用側(cè)向力和壓入深度可以計(jì)算出材料的斷裂韌度。儀器化劃入表征斷裂韌度主要有兩種理論：一種是線彈性斷裂力學(xué)（linear elastic fracture mechanics or LEFM）；另一種是能量尺寸效應(yīng)理論（microscopic energetic size effect laws or ESEL）。理論都是假設(shè)在壓頭前端存在沿水平擴(kuò)展的裂紋。這種裂紋模式在直剛刀壓頭劃入石蠟的實(shí)驗(yàn)中體現(xiàn)得最好。對(duì)于直壓頭：三維裂紋的橫截面是長(zhǎng)方形。能量釋放率可以由J-積分計(jì)算，再結(jié)合斷裂準(zhǔn)則，即可以建立利用側(cè)向力和壓入深度計(jì)算斷裂韌度的關(guān)系式。

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