小知識(shí) | 高溫超納米壓痕系統(tǒng)

高溫納米壓痕儀的主要用途是獲得薄膜和材料在一定溫度下的微觀力學(xué)性能，其力學(xué)性能隨溫度變化的特性具有巨大的工業(yè)和科學(xué)意義。但高溫測(cè)量中存在熱漂移，信號(hào)穩(wěn)定性（噪聲），表面氧化和頂端樣品反應(yīng)的困難，安東帕研發(fā)了一種新型的高溫真空納米壓痕儀，該壓痕儀能夠完成在特定溫度下的超穩(wěn)定的測(cè)量，是一款商業(yè)化的高溫納米壓痕儀。

該系統(tǒng)基于超納米壓痕測(cè)試儀（UNHT），該測(cè)試儀利用一種主動(dòng)表面參照技術(shù)，該技術(shù)包括兩個(gè)獨(dú)立的軸，一個(gè)用于表面參照，另一個(gè)用于壓痕。在這種對(duì)稱結(jié)構(gòu)和差分深度測(cè)量技術(shù)中使用的極硬且熱膨脹系數(shù)非常低的材料導(dǎo)致系統(tǒng)的柔量可忽略不計(jì)，并且熱漂移率非常低。這樣就可以進(jìn)行穩(wěn)定且長(zhǎng)期的測(cè)量（例如蠕變測(cè)試），而不必?fù)?dān)心漂移和噪聲。

每個(gè)軸都有自己的執(zhí)行器，位移和負(fù)載傳感器。對(duì)于兩個(gè)軸，通過壓電執(zhí)行器A1和A2施加位移。壓頭和基準(zhǔn)上的負(fù)載是從彈簧K1和K2的位移獲得的，這些位移是用電容式傳感器C1和C2測(cè)量的。壓頭的位移是通過差分電容傳感器C3相對(duì)于基準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)量的。jeng確的反饋回路確保連續(xù)控制壓頭和基準(zhǔn)上的法向力。

實(shí)驗(yàn)過程中熱電偶讀取的溫度不是壓頭和參比端以及樣品表面的真實(shí)溫度。因此，壓頭和樣品的表面溫度需要匹配，以避免熱量流過觸點(diǎn)，從而避免熱漂移。我們開發(fā)了以下3個(gè)步驟的程序來匹配此壓頭的頂端樣品表面溫度：

• a.將壓頭頂端放在距離樣品表面約100微米以內(nèi)的位置，并使用PID控制將樣品和頂端加熱到目標(biāo)溫度。現(xiàn)在，安裝在壓痕頭上的熱電偶將直接與樣品表面接觸。將樣品表面溫度調(diào)節(jié)至目標(biāo)溫度。溫度穩(wěn)定后，請(qǐng)切換至恒定功率模式以防止瞬時(shí)溫度波動(dòng)

• b.溫度粗調(diào)：通過調(diào)整針尖加熱過程中熱電偶的溫度，以Zei大程度地減大載荷壓入樣品表面時(shí)引起針尖的溫度變化

• c.溫度微調(diào)：進(jìn)一步微調(diào)針尖加熱過程中的功率，以達(dá)到零熱漂移率