硬度(hardness)是評價(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試材料表面。硬度測量，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)，還與測量儀器本身的測量條件有密切關(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?。?/p>

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，人們在設(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，它是一種檢測材料微小體積內(nèi)力學(xué)性能的先進(jìn)測試儀器。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，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：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試

納米壓痕測試

壓痕測試系統(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)特性的研究與評價(jià)。通過壓痕測試可得到硬度、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：

納米劃痕測試儀(10uN - 1N) 

可以測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?？梢赃M(jìn)行微拉伸實(shí)驗(yàn)?？蓪?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?；w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 

全自動連續(xù)景深成像（Multifocus） 

全景成像模式（Panorama模式，對劃痕） 

雙顯示器，一個(gè)用于測試模塊的軟件控制，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三方向全自動試樣臺（以CPX納米力學(xué)平臺為例）：

120mm>=X方向移動范圍：  

70mm>=Y方向移動范圍：  

70mmX20mm>=有效工作面積：  

定位分辨率：  0.1um 

定位精度:1um 

Z方向自動移動范圍： 30mm 

分辨率：10nm 

XYZ三方向移動控制：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*****

MTT（美信檢測）是一家從事材料及零部件品質(zhì)檢驗(yàn)、鑒定、認(rèn)證及失效分析服務(wù)的第三方實(shí)驗(yàn)室，網(wǎng)址：www.baoxiande.cn，聯(lián)系電話：400-850-4050。