本是同根生，距离产生美

unht

2013/12/12
光谱

私聊

物性测试综合讨论

有句耳熟能详的诗句叫本是同根生，相煎何太急

；有句俗话叫距离产生美

对于力学测试实验同一压头打出来的压痕点，要是距离太近了，就会相互影响，结果就是被pass掉的命运

那么两点要间隔多少才不至于相互影响呢？

请看下文

前言：选取表面光滑、粗糙度小、内部结构均一的熔融硅样品,选取干净地带对其加载（加载力等条件统一）点间距500纳米整数倍十一个点，然后借助原子力显微镜原位观察压痕对角线长度，分析得出结论。

仪器介绍：瑞士CSM公司超纳米压痕仪（型号：UNHT），布鲁克原子力显微镜（型号：NanoMan VS）

样品介绍：基于ISO14577

Material	Fused Silica
Serial number	FS-A-0211-15
Certified Plane Strain Modulus	E*=74.3±0.5GPa

实验过程：⑴样品放入烧杯加入一定量的无水乙醇超声波清洗，使其表面干净无杂质

⑵在仪器上通过其自带光学模块选取一个干净可塑性强的区域，定义十一个统一加载条件压痕点（条件选取参考http://bbs.instrument.com.cn/shtml/20131129/5083257/）加载力为15mN，保载15s，速率15mN/min，点间距为500纳米整数倍。如下图一

图一

⑶十一个点加载后，得到加载卸载曲线及压入深度曲线如图二

图二

分析：曲线2明显脱离于主体1线，压入深度较浅。曲线3、4较脱离主体1线，压入深度较深。曲线5至曲线11基本与主体1线重合。

得到HV维氏硬度和E*应变弹性模量结果如下表格

HV维氏硬度 E*应变弹性模量（GPa）最大深度( nm)
Data1	846.238	74.654	352.989
Data2	1514.337	106.745	283.527
Data3	773.859	69.866	365.934
Data4	855.938	73.163	353.391
Data5	856.124	74.321	351.553
Data6	859.774	74.342	350.842
Data7	848.215	74.243	351.975
Data8	860.557	74.745	350.143
Data9	869.827	74.877	348.894
Data10	863.184	74.837	349.221
Data11	857.539	74.398	351.080

分析： Data2的ＨＶ明显高于其它数据点，E*也高于标准值和其它数据点；Data3的HV略高于其它数据点，E*小于标准值和其它数据点；而Data1及Data4至Data11数据点ＨＶ相差±21相差在２.４８％内，E*除Data4其它数据点基本符合标准值。

⑷十一个点加载后原位观察其压痕，如下图三

图三

借助原子力显微镜原位观察压痕未受影响的第９点，测量点对角线距离为1.659um最大压入深度的如下图四

分析：数据点２距离１有５００nm为对角线的三分之一最大压入深度的1.4倍左右，测量硬度明显偏大，模量明显偏大于标准值；点３距离点２有１um为压痕对角线的三分之二1.9倍左右，测量硬度变高模量偏小于标准值；点4距离点三1.5um和对角线基本等长最大压入深度的4.3倍，测量硬度值影响很小，模量稍小于标准值；点5距离点4有2um大于对角线四分之一左右，其测量的硬度相差极少，模量符合标准值。点6至点11点间距均大于压痕对角线，其测量的硬度相差极少，模量符合标准值。

结论：通过选取表面光滑、粗糙度小、内部结构均一的经过无水乙醇和超声波清洗后的熔融硅样品，这样排除了大量外界因素如粗糙度、样品本身内部的均一性、外界杂质等影响。由此证明像熔融硅这种材料点间距最小应大于为对角线长度，或压入最大深度的五倍以上，两个点便互不影响。