劃痕法表征薄膜材料界面結(jié)合性能.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,薄膜/基底復(fù)合材料(簡稱膜/基材料)在許多工程領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,由于薄膜涂層材料與基底材料在力學(xué)、熱學(xué)等性能上的差異,導(dǎo)致的涂層失效現(xiàn)象日益成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)。薄膜與基底的良好結(jié)合是薄膜得以發(fā)揮其作用的基本條件。膜/基結(jié)合性能的好壞是評價(jià)薄膜質(zhì)量最關(guān)鍵的指標(biāo),是保證薄膜滿足機(jī)械、物理和化學(xué)等使用性能的基本前提。因此,薄膜材料界面結(jié)合性能的表征在實(shí)際應(yīng)用中具有非常重要的意義。
　　本文在參考前人工作的基礎(chǔ)上,建立

2、了一種新的分析薄膜界面應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)的有限元力學(xué)模型,模擬了劃痕實(shí)驗(yàn)過程中的運(yùn)動情況。通過先施加一定的法向力,使壓頭與薄膜接觸,再同時(shí)施加法向力和切向力,使壓頭對薄膜產(chǎn)生一個(gè)向右運(yùn)動的作用,從而使實(shí)驗(yàn)和有限元模擬很好的結(jié)合起來。
　　本文也通過劃痕實(shí)驗(yàn)的方法,研究了納米尺度下硅基釹摻雜鈦酸鉍膜(BNT)的力學(xué)性能,并得到了300nm BNT膜的臨界載荷為2.21mN。另一方面,通過有限元軟件ABAQUS的應(yīng)用,建立了三維劃痕法的模型

3、。通過計(jì)算,得出了在外載條件下,該材料體系的應(yīng)力分布場。并進(jìn)一步模擬了劃痕實(shí)驗(yàn)的表面形貌。
　　由于影響劃痕實(shí)驗(yàn)結(jié)果的參數(shù)有很多,就其本質(zhì)的因素來說,不同的材料體系對結(jié)果有著很大的影響,因此對材料的本構(gòu)關(guān)系進(jìn)行研究是必要的。通過研究發(fā)現(xiàn),可把各種不同的材料組合歸結(jié)為以下四種:彈性薄膜/彈性基底,彈性薄膜/韌性基底,韌性薄膜/彈性基底和韌性薄膜/韌性基底。通過選取適當(dāng)?shù)膮?shù),分別建立了以上四種體系的有限元模型,并對劃痕模型進(jìn)行了分析