压头曲率半径对硬质薄膜结合力划痕测量影响的比较研究

发布时间：2024-03-17 12:39

　　硬质薄膜的膜/基结合力是表征材料可靠性的重要特性参数。采用划痕法测试硬质薄膜的结合力时,有很多因素会影响到临界载荷L_c的判定,例如薄膜和基底的硬度、模量,薄膜的表面粗糙度等;此外,仪器机架刚度、划痕速率、压头的曲率半径等仪器的测量参数也会影响临界载荷L_c的判定。采用划痕测量法,研究了曲率半径为20μm,50μm和100μm的压头对单晶硅和304基底的亚微米类金刚石薄膜与基底的结合力测量的影响。研究结果显示:随着压头曲率半径的增加,2种材料的临界载荷也随之增大。

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【部分图文】：

图1典型划痕测量形貌示意图

在评估划痕和临界载荷的方法中，对划痕的显微镜观察能可靠地区分出不同的失效模式，从而将Lc值归因于特定的失效模式。SharmaN等在压头刻划膜/基界面结合体系时，将薄膜出现的界面失效对应的载荷叫临界载荷Lc[11]。如图1所示，在划痕测量中，当增加法向力时会观察到有许多连续的薄膜....

图2赫兹接触简图

半球形压头与平样品接触近似为图2所示的赫兹接触模型。图2中ht为最大压入深度，hp为接触深度，he为回弹深度，a为接触半径，R为压头的曲率半径。赫兹理论假设物体是均匀、连续、各向同性的，应力和应变的关系只取决于物体的物理性质。在满足接触区变形小、接触面为椭圆面、相接触物体可看作弹....

图3划入深度-应力分布图

根据球/平面接触弹性应力场模型[17]，如图3所示，z/a=0.5处在此时的VonMises应力中心处，即最大应力点位置在0.5a处附近。当压头材料和样品材料确定时，同一正压力下，压头下方的应力分布及最大应力点位置取决于压头的曲率半径，压头曲率半径越大，最大应力点的位置越深。3....

图4薄膜A在20倍物镜下的放大图及划痕形貌图

图4分别是压头曲率半径20μm、50μm、100μm对薄膜A划痕测量的形貌图，包括对应的局部形貌放大图和划痕的完整形貌图，局部形貌展现出在临界载荷处的裂纹和剥落情况，完整形貌可以看出划痕过程中样品失效的过程。由图4可以看出:

本文编号：3931045