单晶金红石（TiO₂）是一种宽带隙半导体,具有高的折射率及双折射率、良好的近红外波段透过性等多种优异的性质,被广泛用于许多重要的技术领域中,如太阳能电池中的光催化剂、光学涂层、生物相容性骨植入物、MOSFET器件的栅极绝缘体,广泛应用于现代光学通讯、数码设备、科学技术、医疗仪器等领域。与此同时,单晶金红石（TiO₂）由于易于制作成单晶、薄膜和多晶等形式而在广大研究人员中很深受欢迎。因此,对单晶金红石（TiO₂）进行力学性能测试,探究其机械变形机理,对于优化设计各种仪器设备、提高设备的稳定性至关重要。本文结合单晶金红石（TiO₂）广泛的应用前景和纳米压痕测试技术的特点和优势,阐述了采用纳米压痕测试方法对单晶金红石（TiO₂）力学性能进行研究的重要意义。在进行试验之前重点分析了纳米压痕测试的典型数据分析方法-接触刚度-接触深度方法即Oliver-Pharr分析方法,对Oliver-Pharr分析方法的力学模型和处理原始数据的分析程序进行了阐述,对本文采用的纳米压痕测试装置进行了简单介绍。通过利用商业化压痕仪对单晶金红石（TiO₂）（100）、（110）、（001）常规晶面进行常温纳米压痕试验,得到单晶金红石（TiO₂）（100）、（110）、（001）晶面不同最大加载载荷下的载荷-压深（p-h）曲线,对三种晶面的硬度、弹性模量、弹塑性能量进行了分析,分析结果表明三种晶面硬度和弹性模量大小的排列顺序为（001）>（110）>（100）,（001）晶面硬度和弹性模量明显高于另外两个晶面的硬度和弹性模量,而且三个晶面塑性指数大小关系是（100）>（110）>（001）,这表明在压痕过程中（001）晶面具有更好的弹性恢复能力;最后,利用几何必要位错的模型对单晶金红石的压痕尺寸效应进行了分析,以（100）晶面不同最大加载载荷下的硬度为例,说明了该模型可以很好地解释单晶金红石（TiO₂）硬度对深度的依赖关系,即小压痕固有的大应变梯度导致几何上必要的位错,从而导致单晶金红石（TiO₂）硬度的增大。通过扫描电子显微镜对单晶金红石（TiO₂）（100）、（110）、（001）三种常规晶面的压痕形貌进行观察,同时结合单晶金红石（TiO₂）的晶体结构对不同晶面的变形及损伤机理进行了分析研究,解释了（100）、（110）、（001）三种晶面压入硬度、弹性模量差异的根本原因,即在压入过程中激活了不同的滑移系统,而激活不同的滑移系统需要大小、方向不同的临界分切应力,最终导致了三种晶面力学性能的不同。采用调整压头与样品的相对位置对同一晶面进行纳米压痕试验的方法来对单晶金红石（TiO₂）的各向异性进行了研究,此种研究方法不仅可以节约研究资源,而且通过研究同一晶面不同相对位置的力学性能,为对单晶金红石（TiO₂）进行科学研究和生产加工时选择更加合理、经济的研究方案和加工方式提供了参考。