硬度是评价材料机械性能的一种简单、高效的手段.近年来,随着超精密加工技术、微机电系统(MEMS)、材料表面涂层技术等的迅速发展,对材料的性能测试技术也提出了更高的要求,而传统的硬度试验方法存在分辨率低、压痕尺寸大等缺点.为此,该文在分析硬度测量的国内外进展的基础上,针对微纳米级表层硬度测量中的几项关键技术开展了研究.该文研制了压电式微纳米硬度检测系统.对微位移驱动器的选择和微位移检测方式做了说明,设计了压电式微纳米硬度测头并论述了其设计结构和工作原理.确定了压电陶瓷电压—位移关系曲线,对变形筋刚度进行了标定.论文还对压电式微纳米硬度测头中两个关键部件开展了研究.该文采用压电陶瓷作为微位移驱动器,设计了高精度的压电陶瓷驱动电源,并对其工作原理、设计电路进行了详细的说明,对其各项性能指标进行了测试.研制了差动式电容传感器,用作微位移检测装置,说明了传感器转换电路的工作原理.论文阐述了压电式微纳米硬度控制系统的硬件设计与软件开发,介绍了各个组成模块.对两个差动式电容传感器进行了精确标定,计算了测量分辨率.利用所研制的硬度检测系统,以单晶铝为试样,进行了微纳米硬度的测试,做出了载荷—压深关系曲线,计算出硬度值,并与MTS公司的Nano Indenter Ⅱ型号纳米压痕硬度检测系统所测的结果进行了分析比较,证明了所设计的检测系统的正确性和实用性.