纳米硬度概念

纳米硬度概念

硬度（hardness）是评价材料力学性能的一种简单、的手段，已有百年的应用历史，但是，关于硬度的定义目前尚未统一。从作用形式上，可定义为“某一物体抵抗另一物体产生变形能力的度量”；从变形机理上，可定义为“抵抗弹性变形、塑性变形和破坏的能力”或“材料抵抗残余变形和破坏的能力”。无论如何定义，在测量固体材料硬度时，总是将一定形状和尺寸的较硬物体即压头以一定的压力接触被测试材料表面。硬度测量，不仅与材料的弹性模量、屈服强度、抗拉强度等力学性能有关，还与测量仪器本身的测量条件有密切关系。所以，硬度本身不是一个物理量，而是材料局部区域力学性能在特定条件下的整体表现。它是材料对外界物体机械作用（压入或刻划）的局部抵抗能力的一种表现。
根据总施加载荷的大小：
宏观硬度（日本、美国和前苏联等定为10N以上，欧共体国家和机构则定为2N以上）
显微硬度（上限：10N或2N；下限：10mN左右）
纳米硬度（一般在700mN以下，有的生产商为了便于研究者模拟显微硬度，配有10N载荷附件。）
宏观硬度和显微硬度适用于较大尺寸的试样，仅能得到材料的塑性性质，随着现代材料表面工程（气相沉积、溅射、离子注入、高能束表面改性、热喷涂等）、微电子、集成微光机电系统、生物和医学材料的发展、试样本身活表面改性层厚度越来越小，人们在设计时不仅要了解材料的塑性性质，更需要掌握材料的弹性性质。传统的硬度测量已无法满足新材料研究的需要，纳米硬度技术应运而生。
纳米硬度计有两种压痕硬度和划痕硬度两种工作模式，它是一种检测材料微小体积内力学性能的先进测试仪器。由于压痕或划痕深度一般控制在微米甚至纳米尺度，该仪器是进行电子薄膜、各类涂层、材料表面及其该改性的力学性能检测的理想手段。它不需要将表层从基体上剥离，可以直接给出材料表层力学性质的空间分布，例如，能检测出焊点及其附近材料的力学性质。由于试样准备简单，即使材料达到可以用其他宏观方法检测，该方法仍然是一种可以选择的方法。
又名：压痕仪/硬度计/显微镜硬度计/超显微硬度计/动态超显微硬度计/纳米硬度计/纳米压痕仪等,是一种用于表征各种涂层、薄膜的机械性能、产品品质，包括硬度、弹性模量和断裂韧性等，表征的材料几乎包括所有类型的材料：柔软、硬质、脆性或延展性材料。
应用领域：
1）半导体技术：保护层、金属层等
2）数据存储：磁盘保护涂层、圆盘基底上的磁性涂层、CD上的保护涂层等
3）光学元件：隐形眼镜、光学抗划涂层、接触棱镜
4）装饰涂层：蒸发金属涂层
5）抗磨损涂层：TiN、TiC、DLC、刀具、模具、手机外壳等 6）药理学：药片和药丸、植入器官、生物组织 7）汽车：油漆和聚合物、清漆和修饰、玻璃窗、刹车片 8）一般工程技术应用：抗耐性橡胶、触摸屏、润滑剂和润滑油、滑动轴承、自润滑系统
9）MEMS微电子领域等