安东帕纳米压痕仪,又称纳米压入仪,是一种用于微纳米尺度材料力学性能测试的高精密仪器,通过计算机控制载荷连续变化并在线监测压入深度,实现纳米级精度的力学测量。其核心原理是利用金刚石压头在材料表面施加微小载荷,同时记录压入深度与力的关系曲线,结合接触力学模型计算材料的硬度、弹性模量等参数,无需通过显微镜观察压痕面积,避免了传统硬度测试中因弹性恢复导致的误差。
1、控制系统:
控制系统是纳米压痕仪的核心,负责整个实验过程的控制。它包括计算机和相关的软件,可以输入初始参数并监控加载过程中的各项指标。通过这个系统,用户能够设定实验条件,并实时查看结果。
2、移动线圈系统:
这个部分通常包含一个或多个线圈,用于产生磁场以驱动加载系统。通过改变电流强度,可以精确地调整压头的动作。这种机制允许非常精细的力控制,从而实现对样品表面的微小压入。
3、加载系统:
加载系统与压头相连,负责将预定的负载施加到样品上。该系统需要具有高精度和稳定性,以便准确地执行微小的压力变化。现代纳米压痕仪中,加载系统往往采用电磁作动器,如iMicro纳米压痕仪中所使用的InForce 1000和InForce 50作动器,它们提供了电容式位移传感和电磁力驱动。
4、压头:
压头是直接接触样品的部分,通常由金刚石制成,形状有三角锥或四棱锥等不同类型。Piuma纳米压痕仪则使用了一种特别设计的光学压痕探头,适用于软物质材料的研究。压头的选择对于获取准确的数据至关重要,因为它直接影响到接触面积和应力分布。
5、应变仪(传感器):
应变仪用来测量压头压入样品时产生的位移,并反馈信号给控制系统以实现闭环控制。这对于确保加载过程的稳定性和重复性非常重要。
6、样品台:
样品台是用来固定待测样品的位置。为了适应不同类型的样品和实验需求,样品台可能配备有粗进以及精进两级移动精度的X-Y-Z平台,例如NI16-LD型号就具备全自动的X-Y-Z位置控制系统,可实现高通量样品硬度测量。此外,一些纳米压痕仪还配备了手动样品移动平台,方便样品的安放。
7、显微镜和其他辅助设备:
高质量的显微镜可以帮助研究人员更准确地定位压头的位置,并观察压痕形成的过程。集成显微镜是许多高d纳米压痕仪的标准配置,比如iMicro纳米压痕仪就集成了数字变焦功能的显微镜。此外,还有可能包括隔振框架、温度控制装置等辅助设备来提高测试环境的稳定性。