劃痕法表征薄膜材料界面結合性能.pdf

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

2、了一種新的分析薄膜界面應力應變響應的有限元力學模型,模擬了劃痕實驗過程中的運動情況。通過先施加一定的法向力,使壓頭與薄膜接觸,再同時施加法向力和切向力,使壓頭對薄膜產生一個向右運動的作用,從而使實驗和有限元模擬很好的結合起來。
　　本文也通過劃痕實驗的方法,研究了納米尺度下硅基釹摻雜鈦酸鉍膜(BNT)的力學性能,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的應用,建立了三維劃痕法的模型

3、。通過計算,得出了在外載條件下,該材料體系的應力分布場。并進一步模擬了劃痕實驗的表面形貌。
　　由于影響劃痕實驗結果的參數(shù)有很多,就其本質的因素來說,不同的材料體系對結果有著很大的影響,因此對材料的本構關系進行研究是必要的。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?shù)膮?shù),分別建立了以上四種體系的有限元模型,并對劃痕模型進行了分析