用原子力显微镜(AFM)纳米压痕方法结合扫描力显微镜技术,表征类金刚石(DLC)膜,金块Au,单晶硅Si的纳米硬度.用能量密度理论解释基于AFM压痕技术测定纳米硬度的机理,给出AFM纳米压痕的能量平衡方程.对DLC膜,金块,单晶硅进行纳米压痕试验,表明在同样载荷下,不同材料的压痕深度是不相同的.DLC膜具有较高的抗压性能,Si其次,Au的抗压性能最低.通过曲线拟合技术,定量给出金块的纳米硬度分析模型:H=(2.83/Df)+2.86.

介绍了测量硬度的几种方法,分析了纳米压痕硬度测量的基本原理.用美国原位纳米力学测试系统中的TriboIndenter对单晶硅进行了试验研究.试验结果表明,由于尺寸效应纳米硬度值随着载荷的增大而逐渐减小,纳米级的压痕试验得到的单晶硅的硬度值要高于其他传统方法测得的宏观硬度值.

基于原子力显微镜（AFM）和金刚石针尖建立了一套纳米压痕测量系统。通过向系统发送控制电压使金刚石针尖在完成加载和卸载全过程的同时进行实时的数据采集并直接绘出载荷-压深曲线。利用该系统，对单晶铝和单晶铜薄膜材料进行了单点压痕实验，用美国Hysitron公司的纳米原位测量仪（Tribolndenter）做了验证试验。实验结果表明，该系统适合测量较软材料的纳米硬度。分析了基体材料对薄膜硬度和弹性模量的影响，在薄膜厚度低于5～10倍压人深度时，基体对薄膜材料的力学性能影响很大；并根据获得的载荷-压深曲线分析得出由于尺度效应的影响，随着压痕深度的减小，薄膜的硬度值呈明显的上升趋势，弹性模量没有这个趋势。

纳米压痕装置是一种具有纳米级压痕深度检测能力,能够完成载荷-位移测量的一种装置,根据所得到的载荷-位移曲线可以用来获得材料的纳米硬度值.文中讨论了一种新型便携的纳米硬度检测装置的研制,并通过对单晶铝进行压痕试验,验证此硬度检测装置的实用性与可靠性.