用纳米压痕结合有限元法估算PZT薄膜的弹性模量
通过结合纳米压痕测试和有限元发展了一种纳米压痕法来估算横观各向同性薄膜的弹性模量。在正向分析中，用ABAQUS软件中的纯力学单元(CAX4R)和压电单元(CAX4E)分别用来模拟纯力学和压电的压痕。通过固定一定的载荷深度来考虑在薄膜压痕中的基底效应，并在一系列弹性模量的组合下进行大量的数值压痕模拟。但是对于压电压痕来说，材料的压电和介电常数必须作为已知的输入参数，为了和反向分析结合来验证本方法的有效性，我们选择了常见的PZT-6B的参数。通过对大量的有限元模拟结果的分析，分别建立了最大压痕载荷和加载曲线指数与弹性模量之间的无量纲方程。在反向分析中，在横观各向同性压电薄膜的PZT上进行纳米压痕测试，然后对获得的实验曲线进行幂函数拟合，把得到的最大压痕载荷和加载指数代入正向分析中的无纲方程中求解薄膜的弹性模量，如：横向杨氏模量TE，纵向杨氏模量LE和纵向的剪切模量LG。与先前文献报道的弹性参数相比，压电下的结果相对差异为2.2％-7.6％，而纯力学下的是2.7％-12.8％。结果表明在压电模式下比纯力学模式下估算的弹性参数更好，本方法的提出对于估算横观各向同性薄膜的弹性参数是可行的。
纳米压痕法 有限元法 横观各向同性薄膜 弹性模量 压痕曲线
郑辉 王甲世 宋书涛 郑学军
湘潭大学材料与光电物理学院，湖南湘潭 411105 湘潭大学材料与光电物理学院，湖南湘潭 411105 低维材料及其应用技术教育部重点实验室(湘潭大学)，湖南湘潭 411105
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2010-06-19（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）