薄膜表面力学性能测试先进技
薄膜是一种物质形态,它所使用的膜材料非常广泛,可以是单质无素或化合物,也可以是无机材料或有机材料.近年来功能材料薄膜和复合薄膜也有很大发展,不同用途的薄膜对自身的性能要求不统一,薄膜要达到使用需求,就需要对自身相应的性能进行表征.例如在机械工业中,薄膜主要用于改善工件的承载能力或者摩擦学性能.这些性能与薄膜的力学特性密切相关.薄膜力学性能表征方法有很多,但目前来说这些表征方法还存在一些问题.首先,对于有基体支撑的薄膜,其表征手段难以消除基体对薄膜性能的影响;无基体支撑的薄膜一是在制备上比较困难,二是其界面结合问题与实际情况也相差甚远,直接影响到薄膜的力学性能的测试.其次,对于大块样品的力学性能检测手段不能直接用来测试接近二维结构的薄膜样品.本文主要介绍AntonPaar公司当下较为常用的几种薄膜力学性能检测手段.目前常用检测金刚石涂层结合力的方法主要有压入法和划痕法。划痕法是划痕法是表征膜基结合力最广泛、也是研究最多的一种方法。AntonPaar公司的划痕仪专利设计的全景成像技术使得划痕的图像和其他划痕过程中的参数一一对应，针头在试样表面划出一条精确控制的破坏痕迹。划痕针头材料通常为金刚石或硬质合金，它可以恒定加载、阶梯加载或线性加载方式划破测试材料表面。薄膜将在某一临界载荷处失效，临界载荷处的失效形式可以非常精确地由各种集成的传感器和成像工具来测量。除各种成像工具外，划痕测试仪同时集成正向载荷、切向载荷、穿透深度和声发射信号数据。这些测量信号与成像工具观察的综合分析结果，构成了各种膜基系统破坏形式的唯一标识。摩擦力由测试过程中弹性杠杆的形变测量。测试键和试样材料的磨损率通过测试过程中材料损失体积自动计算。这种十分直观的测试原理极大地简化了几乎各种固体材料在干燥或润滑条件下的摩擦学研究。
薄膜材料 力学性能 划痕法 压入法
李昊初
奥地利安东帕(中国)有限公司
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2014-12-01（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）