[发明专利]微机电系统微桥压痕载荷-深度曲线的校准方法

权利要求书

1.一种微机电系统微桥压痕载荷-深度曲线的校准方法，其特征在于：该方法的应用对象为微机电系统器件中两端刚性固定式的微桥结构，包括以下步骤：

步骤1：将已抛光微机电系统服役材料通过掩膜、沉积、电镀制备成两端固定式的微米级微桥结构的试件，借助于纳米压痕测试仪，在具有真空腔的扫描电子显微镜的同步观测下，采用圆锥形压针或玻氏压针，其等效半锥角为70.3°，对该试件表面的几何中心点进行直接压入，并直接获取被测试件加载和卸载过程中的载荷-深度曲线，即实测曲线，从卸载曲线上直接获取最大压入载荷P_m、最大压入深度h_m-f和残余压入深度h_f-f；其中最大压入深度h_m-f由微桥几何中心处最大挠度值f_m和压针尖端嵌入微桥表面的最大深度值h_m构成；

步骤2：对微桥结构的两端固定式的非静定结构通过对称分析将三次非静定结构解析为由二分之一最大压入载荷和衍生弯曲力矩叠加组成的静定结构，并直接获取最大挠曲变形为f_m与P_m的对应关系，并对微桥结构的试件的挠曲线函数进行定量计算；将实测曲线中的h_m-f通过对f_m的做差修正为过渡最大压深h_m-c，进而获得过渡曲线，过渡曲线的最大残余压深h_f-c与h_f-f相同；

步骤3：采用体积不变原则，对压针下方接触区域微桥结构的试件挠曲的塑性流动面积进行积分计算，该面积可视为压针轮廓范围内挠曲线所包络的面积，从而对校准最大压入深度h_m-c进行定量计算；基于微桥材料的弹性回复率的一致性，可获取校准最大残余压深h_f与h_f-c的对应关系，进而获得校准曲线；

通过由实测曲线到过渡曲线，再由过渡曲线到校准曲线的修正过程，可定量预测微尺度微桥结构的试件弹性半无限空间条件下的压痕载荷-深度曲线。

2.根据权利要求1所述的微机电系统微桥压痕载荷-深度曲线的校准方法，其特征在于：该方法对微桥结构在接触载荷的作用下同时产生整体弹性弯曲和局部弹塑性凹陷进行定量计算。

3.根据权利要求1所述的微机电系统微桥压痕载荷-深度曲线的校准方法，其特征在于：通过构建过渡压痕载荷-深度曲线来建立两端固定条件下和弹性半无限空间条件下压痕载荷-深度曲线，即校准曲线的定量关系，通过直接压痕测试同时对微桥结构的弹性弯曲性能、压入响应和微区弹性回复行为进行研究；过渡曲线与校准曲线的卸载部分顶端具有与流动面积的相关性，过渡曲线与校准曲线的残余压入深度亦具有与该流动面积相同的相关性，即过渡曲线的残余压深h_f-c比标准曲线的残余压深h_f小；因在压针卸载过程中同时伴随着压痕微区弹性回复和微桥整体的弹性回复，储存在压痕接触区内部的弹性能因微梁挠曲面的平坦化可较为彻底的释放；压针边缘所包络的材料沿压针侧边轮廓均匀分布，通过建立微桥材料的弹性回复率R_e，弹性回复阻抗R_s，折合模量E_r和硬度H之间的对应关系，可对校准曲线进行准确预测，即获取的校准曲线的卸载部分和弹性半无限空间条件下曲线的卸载部分具有重合的函数特征。