弯曲压痕挺度仪

5月21日下午，第四届纳米压痕国际研讨会在西安交通大学圆满结束。本届研讨会由西安交通大学金属材料强度国家重点实验室及材料学院微纳尺度材料行为研究中心主办，美国Hysitron（海思创）公司和德祥科技有限公司支持。大会分为5个单元，从19日至21日，历时三天，包含26个大会报告。来自美国、韩国、日本、新西兰等国内外的多位知名纳米材料专家分别介绍并讨论了各自的研究成果，大家总结已有研究成果，分析存在问题，此次会议为国内外材料科学工作者提供了一次宝贵的学习、交流平台，取得了良好的效果。　　 　　参会者合影 　　本届会议的中方主席是西安交大“千人计划”入选者、金属材料强度国家重点实验室副主任、Hysitron(海思创)中国应用研究中心主任单智伟教授，外方主席为美国南卡罗来纳大学的李晓东教授。 　　会上，西安交大金属材料强度国家重点实验室主任、材料学院院长孙军教授及李晓东教授致开幕词。Hysitron(海思创)公司总裁Thomas Wyrobek 先生作了题为“Beyond nanoindentation”的开场报告，介绍了近年来纳米压痕设备的相关成就并跟大家分享了他对纳米尺度材料优异性能研究的前景展望。来自麻省理工学院的Ming Dao教授、日本东北大学陈明伟教授、Hysitron(海思创)公司副总裁兼首席技术官Oden Warren博士等专家学者担任大会相关单元的主席。 　　美国约翰霍普金斯大学Evan Ma教授、匹斯堡大学Scott Mao教授、日本京都大学Nobuhiro Tsuji教授、大阪大学Shigenobu Ogata教授、新西兰奥克兰大学Michelle Dickinson教授、韩国科技学院纳米压痕测试和先进材料专家Seung Min Han教授、中科院金属所张广平教授、力学所魏悦广教授、南京航空航天大学航郭万林教授等国内外纳米材料领域的专家学者也都做介绍了自己最新的研究成果，并回答了大家的疑问。Hysitron(海思创)应用科学家宋双喜博士为大家做了《在室温条件下金属玻璃产生形变后的电阻率》的报告。　　 　　Hysitron总裁Thomas Wyrobek为会议展板比赛获奖者颁奖 　　20日下午，与会人员参观了金属材料强度国家重点实验室及微纳尺度材料行为研究中心，观看了Hysitron(海思创)纳米力学测试设备的样品测试过程，对Hysitron(海思创)技术有了更深入的了解。Hysitron(海思创)公司是*的纳米力学检测仪器的设计和制造商，其TI-750、TI-950纳米力学测试系统及配合原子力显微镜的TS 75纳米压痕仪具有压痕测试、划痕测试、模量成像、动态力学分析、声发射检测、接触电阻测量等功能，检测准确，重复性好 另外Hysitron(海思创)公司还开发了针对扫描电镜的PI 85纳米压痕仪、针对透射电镜的PI 95纳米压痕仪，可在电镜下实时观测压痕过程，进行纳米尺度的压痕、压缩、弯曲和拉伸测试，Hysitron(海思创)仪器采用三板电容传感器，大大降低了仪器热漂移，是认识和探索材料的微纳米尺度结构、形貌和性能的重要工具。 报告人及报告主题（节录） 报告人 报告人单位 报告主题 Thomas Wyrobek Hysitron（海思创）公司 Beyond nanoindentation Michelle Dickinson 新西兰奥克兰大学 Of Mice and Men-Advances in nanoindentation testing for biological materials Ming Dao 美国麻省理工学院 Quantifying size-dependent nanoscale heterogeneity of bone through nanoindentation Guangpin Zhang张广平 中科院金属所 Detecting mechanical behavior of nanoscale metallic multilayers by instrumented-indentation K.Ting 台湾成功大学 The measurements of nanomechanical properties and vibration modal analysis of dragonfly wing Evan Ma 美国约翰霍普金斯大学 Size matters for deformation twinning in single crystals Oden Warren Hysitron（海思创）公司 The often overlooked time domain in small-scale mechanical property measurements Xiaodong Li李晓东 美国南卡罗来纳大学 Environmental effects on the mechanical behavior and function performance of nanostructures 魏悦广 中科院力学所 A kind of trans-scale mechanics model and physical representation of materiallength scale Seung Min Han 韩国科技学院 Size dependent strength and plasticity of vanadium nanopillars: Ex-situ and In-situ TEM studies Min-Wei Chen陈明伟 日本东北大学 Experimental characterization of shear transformation zones for plastic deformation of metallic glasses Scott Mao 美国匹斯堡大学 In situ TEM on discrete plasticity in metallic nanowires Shigenobu Ogata 日本大阪大学 First-principles modeling of deformation and diffusion at nano-scale Wanlin Guo郭万林 南京航空航天大学 Mechanical-Electronic-Magnetic coupling effects in nanomaterials 德祥科技有限公司作为Hysitron（海思创）产品在中国的独家供应商，愿为您提供周到细致的售前、售后服务，帮助广大科研工作者实现精确、可靠、方便的微纳尺度力学分析测试，详细信息欢迎您登陆德祥网站（http://www.tegent.com.cn/）了解相关信息，欲获得此次会议的报告资料，欢迎您跟我们联系，德祥客服热线：4008 822 822。

可以利用维氏硬度压痕裂纹计算材料的断裂韧度，尤其适合表征硬脆材料的断裂性能。学者提出了很多半经验半定量的关系式。裂纹主要有巴氏（Palmqvist或径向）和中位（Median）裂纹两种形式，有些公式适用于特定的裂纹形式，有些公式对两种（Both）裂纹形式都适用。微米硬度实验设备简单，测试方便，分析直接，不仅在工程实践中有广泛应用，也是评估材料断裂韧度的有效工具。断裂韧度作为衡量材料抵抗裂纹扩展能力的力学性能指标通常用临界应力强度因子KⅠC表示，单位为MPam0.5。字母K为应力场强度因子，反映的是裂纹尖端区域应力场强弱；字母C指的是裂纹扩展的临界情况；下标罗马数字Ⅰ是指裂纹扩展形式为张开型，脆性材料的裂纹扩展类型为Ⅰ型。测量材料KⅠC的方法主要有：山形切口梁法(C. N. B)、单边预裂梁法(S. E. P. B)、表面弯曲裂纹法(S. C. F)、单边切口梁法(S. E. N. B)、单边V形切口梁法(S. E. V. N. B)、短V形切口杆法(S. R)、双扭法(D. T)、双悬臂梁法(D. C. B)、微米划痕法、纳米压痕法和维氏压痕法等。S. R、D. C. B和S. E. P. B法的测试试样难生产、成本高，难以广泛使用；S. E. N. B、S. E. V. N. B和C. N. B法加工试样缺口较困难；D. T法试件的几何尺寸会对测量值产生影响；S. C. F法必须要去除足够深度的表面层来消除残余应力场，才能保证KⅠC不被高估；微米划痕法需要考虑压头的磨损以确保测试结果的准确性；而压痕法具有制备试样简单、测试效率高、以及综合成本低等优点，已被广泛应用于表征陶瓷材料、硬质合金和玻璃材料的断裂韧度。虽然基于Griffith-Irwin平衡断裂力学的压痕法可以反映材料断裂的特征，有效表征材料的断裂韧度，但是使用压痕法确定KⅠC仍然存在不足，依然有争论，比如：诸多半经验半定量的公式在实际应用中受到裂纹模式(径向，中位，横向等)多样复杂的影响，计算的KⅠC结果不可靠；不适用于低泊松比的材料。如何根据不同的材料、不同的压头选择适合的公式和载荷，是当前利用压痕裂纹法表征材料断裂韧度亟需解决的问题。各种依据维氏硬度压痕裂纹长度计算断裂韧度的表达式列于表1，对于不同的裂纹模式有不同的表达式。裂纹主要有两种类型，见图1：一种是基于半椭圆型的中位裂纹(Median crack)；另一种是基于半月状的巴氏裂纹(Palmqvist crack)或径向裂纹(Radial crack)。可以基于曲线拟合的方法得到同时适用于两种(Both)裂纹模式的表达式。典型硬脆材料的压痕裂纹见图2，需要测量压痕的接触半径a和裂纹长度c，可以计算得到l=c-a。维氏硬度HV可以由载荷F除以残余压痕面积AV得到：式中，AV考虑了压痕的倾斜表面(sin68°可以由压头形状获得)，而不是压痕的投影面积；d (= 2a) 是压痕两个对角线长度的平均值；当F和d的单位分别是mN和μm时，维氏硬度的单位是GPa。值得注意的是工程上使用的维氏硬度没有单位，而且相关标准里面也没有单位，这不利于各种测试方法的比较，无法有效服务于科学研究。可见，即使维氏硬度如此基础、简单、成熟，仍然有待进一步发展。由于仪器化压入的兴起，压入硬度HIT是根据投影面积定义，并且努氏硬度HK也是根据投影面积计算，传统的维氏硬度HV可以通过投影面积转换成梅氏硬度(Meyer hardness)HMV(=2F/d2), 便于各种硬度之间的比较。表1中的维氏硬度HV也可以转换成HMV。表 1 利用维氏硬度HV计算材料的断裂韧度Kc[1]注: ϕ = 3, β2 = 0.059[15], Φ = -1.59-0.34ξ-2.02ξ2+11.23ξ3-24.97ξ4+16.32ξ5, ξ = lg(c/a). E是材料的弹性模量. Hv可以在每个载荷下多次测量取平均值，作为某一载荷下的Hv.图 1 维氏硬度压痕裂纹模式示意图图 2 典型硬脆材料的维氏硬度压痕裂纹[1, 15, 16]作者简介刘明，福州大学机械工程及自动化学院教授，全国钢标准化技术委员会力学及工艺性能试验方法分技术委员会金属材料微试样力学性能试验方法工作组（SAC/TC183/SC4/WG1）委员，ISO 14577系列国际标准制修订国内工作组成员。1985年出生于哈尔滨市，哈尔滨工业大学材料科学与工程学院本科、硕士，2012年12月获肯塔基大学（美国）材料科学与工程专业博士学位，法国巴黎高科矿业工程师学校材料研究所博士后，华盛顿州立大学（美国）博士后。2015年4月入职福州大学机械工程及自动化学院机械设计系力学教研室，获评福建省闽江学者特聘教授、福州大学旗山学者海外人才、福建省高层次境外引进C类人才，主要研究领域为微观力学及仪器化压入划入测试方法。作者邮箱：mingliu@fzu.edu.cn QQ：290716672 微信：hasanzhong参考文献[1] M. Liu, D. Hou, Y. Wang, G. Lakshminarayana, Micromechanical properties of Dy3+ ion-doped (Lu Y1-x)3Al5O12 (x = 0, 1/3, 1/2) single crystals by indentation and scratch tests, Ceramics International, 49 (2023) 4482-4504.[2] K. Niihara, A fracture mechanics analysis of indentation-induced Palmqvist crack in ceramics, J. Mater. Sci. Lett., 2 (1983) 221-223.[3] Z. Laiqi, H. Yongan, H. Lei, L. Jun-pin, Determination of empirical equation of fracture toughness for Mo5SiB2 alloy by indentation method, Trans. Mater. Heat Treat., 38 (2017) 178-183.[4] M. Laugier, New formula for indentation toughness in ceramics, J. Mater. Sci. Lett., 6 (1987) 355-356.[5] D. Shetty, I. Wright, P. Mincer, A. Clauer, Indentation fracture of WC-Co cermets, J. Mater. Sci., 20 (1985) 1873-1882.[6] B.R. Lawn, M. Swain, Microfracture beneath point indentations in brittle solids, J. Mater. Sci., 10 (1975) 113-122.[7] K. Tanaka, Elastic/plastic indentation hardness and indentation fracture toughness: the inclusion core model, J. Mater. Sci., 22 (1987) 1501-1508.[8] B.R. Lawn, E.R. Fuller, Equilibrium penny-like cracks in indentation fracture, J. Mater. Sci., 10 (1975) 2016-2024.[9] A.G. EVans, E.A. Charles, Fracture toughness determinations by indentation, J. Am. Ceram. Soc., 59 (1976) 371-372.[10] K. Niihara, R. Morena, D. Hasselman, Evaluation of KIc of brittle solids by the indentation method with low crack-to-indent ratios, J. Mater. Sci. Lett., 1 (1982) 13-16.[11] G. Anstis, P. Chantikul, B.R. Lawn, D. Marshall, A critical evaluation of indentation techniques for measuring fracture toughness: I, direct crack measurements, J. Am. Ceram. Soc., 64 (1981) 533-538.[12] C. Terzioglu, Investigation of some physical properties of Gd added Bi-2223 superconductors, J. Alloys Compd., 509 (2011) 87-93.[13] J. Lankford, Indentation microfracture in the Palmqvist crack regime: implications for fracture toughness evaluation by the indentation method, J. Mater. Sci. Lett., 1 (1982) 493-495.[14] J.E. Blendell, The origins of internal stresses in polycrystalline Al2O3 and their effects on mechanical properties, Massachusetts Institute of Technology, 1979, pp. 1-47.[15] M. Liu, Z. Xu, R. Fu, Micromechanical and microstructure characterization of BaO-Sm2O3–5TiO2 ceramic with addition of Al2O3, Ceramics International, 48 (2022) 992-1005.[16] 刘明, 侯冬杨, 高诚辉, 利用维氏和玻氏压头表征半导体材料断裂韧性, 力学学报, 53 (2021) 413-423.

项目编号：SDQDHF20220140-H087/HYHA2023-0069项目名称：山东大学纳米压痕仪采购项目预算金额：350.0000000 万元（人民币）最高限价（如有）：350.0000000 万元（人民币）采购需求：标包货物名称数量1纳米压痕仪 1台合同履行期限：详见招标文件要求。本项目( 不接受 )联合体投标。获取招标文件时间：2023年03月14日 至 2023年03月21日，每天上午8:30至11:30，下午13:00至16:30。（北京时间，法定节假日除外）地点：海逸恒安项目管理有限公司方式：第一步：投标人需要在海翼云招采平台上进行登陆（首次使用需注册）；链接：http://www.sdhyha.cn/qpoaweb/bid/baoming.aspx?id=AD3CCCC822D06523。第二步：主页面点击“招标公告”，按要求填写信息并上传资料确认所参与的项目；第三步：按要求获取招标文件；获取招标文件方式：在线购买或汇款购买。在线购买：主页面点击“招标文件”，按要求付款获取招标文件；汇款购买：将招标文件工本费汇至以下账号，备注（投标人名称、所投项目名称及标段），并将招标文件工本费网银汇款截图或银行电汇凭证扫描件（备注供应商名称），发送至xuyuzhuo@sdhyha.com邮箱，工作人员确认后会将招标文件发送至贵单位预留的电子邮箱。售价：￥300.0 元，本公告包含的招标文件售价总和对本次招标提出询问，请按以下方式联系。1.采购人信息名称：山东大学地址：山东大学中心校区明德楼联系方式：王老师0531-883697972.采购代理机构信息名称：海逸恒安项目管理有限公司地址：山东省济南市历下区华润置地广场A5-6号楼26层/27层招标三部联系方式：徐玉镯 0531-82661997；187658755653.项目联系方式项目联系人：徐玉镯电话：0531-82661997；18765875565