众所周知,大部分材料是在复杂环境下服役的,甚至有些材料是在极端环境下服役。然而,现阶段人们对复杂环境下材料力学性能演化机理的研究还不够深入,尤其对于在高温环境下服役的材料,其力学性能演化机理还不够清晰,从而影响了材料的高温力学性能评估。微纳米压痕测试技术因其具备测试过程简单、测试精度高、被测样品的制备流程及固定方式不繁琐等优点,已经成为时下最受欢迎的材料力学性能测试技术之一。近些年来,越来越多的学者开始利用常温微纳米压痕测试装置完成各类材料的力学性能测试工作,可是,对于高温合金、难熔金属及碳/碳复合材料等在高温环境下服役的材料而言,常温下测得此类材料的力学性能参数无法表征其真实服役条件下的性能。因此,开展高温微纳米压痕测试装置的设计研制以及相关试验研究十分重要。论文总结并分析了常温及高温微纳米压痕测试技术的国内外研究现状,阐述了微纳米压痕测试技术的特点及数据分析方法,并详述了常温及高温微纳米压痕测试的多项关键技术。基于上述工作,论文设计了一种集精密驱动、精密检测、精密换点、温度控制、信号处理等技术为一体的高温微纳米压痕测试装置,建立了测试装置主体的三维模型,并对柔性铰链和测试装置的主体部分进行了有限元分析,验证了本装置设计的合理性。在此基础上,论文完成了高温微纳米压痕测试装置的整机集成工作,开展了力和位移传感器标定工作,并对温度控制模块和常温压痕测试模块的性能进行了测试。测试结果显示:温度控制模块可以为压头和被测样品提供一个稳定的恒温环境,而且本文设计的水冷循环单元可以保障传感器、电机以及轴承等元器件处于合理的工作温度范围内,不至于温度过高而损坏;精密驱动组件的响应足够快,压头可以按照设定的压痕加载模式和加载历程压入和压出被测样品,而且利用本装置测得的压痕曲线重复性很好。接着,论文完成了本装置的机架柔度校准工作,并利用校准后的装置对标准硬度块进行了五组压痕测试,测得的硬度和弹性模量平均值与商业化压入仪测试结果很接近,测试偏差分别为0.91%和2.86%,而且测得的五组曲线重复性很好。上述测试结果验证了本文设计方案的可行性,并证明了本文研制的装置具有较好的测试稳定性。利用本文研制的高温微纳米压痕测试装置,针对熔融石英和热障涂层材料开展了高温条件下的压痕试验研究,测试结果显示:随着温度的升高,熔融石英的弹性模量有增大的趋势,硬度有减小的趋势;随着温度的升高,热障涂层的折合模量和硬度均有减小趋势。