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PVD真空镀膜内应力及其测量

浏览数:66 发布于:2021-07-27

 一、压力简介

  当物体因外部因素(应力、湿度变化等)而变形时。物体各部分之间的内力相互作用,抵抗这种外部因素的影响,试图使物体从变形位置回到预变形位置。被研究截面某一点单位面积的内力称为应力。垂直于横截面的称为正应力或正应力,与横截面相切的称为剪应力或剪应力。应力会随着外力的增加而增加。对于某种材料,应力的增加是有限度的。如果超过限制,材料将被销毁。对于某种材料,应力可能达到的极限称为材料的极限应力。极限应力值应通过材料的力学试验来确定。测得的极限应力适当减小,规定了材料可以安全工作的最大应力,即许用应力。如果一种材料要安全使用,其内应力应低于其极限应力,否则材料在使用中会被破坏。

  其中一种应力叫做内应力,即没有外力时,物体内部的应力就是内应力。PVD涂层有内应力。内应力的危害很大,生产中要掌握好内应力的大小和程度。PVD涂层的主要用途是作为耐磨保护涂层,它需要一定的厚度和使用寿命,但涂层中的内应力限制了涂层的厚度。如果内应力产生的单位体积弹性能超过单位面积断裂能,涂层就会脱落,所以沉积涂层的厚度是有限的。一般来说,涂层的内应力、弹性模量和硬度是成正比的。因此,在生产过程中,应该通过物理气相沉积工艺条件来控制涂层的应力,尤其是内应力,并在涂覆后检测涂层的内应力,使其在可接受的范围内。

  二、压力测试方法

  应力测试方法主要有X射线和电子衍射法、样品变形分析法和光学干涉法。

  1.x射线和电子衍射方法

  当涂层受力时,其晶格会发生扭曲,从而改变晶格常数。因此,晶格常数的衍射线宽的变化可以用X射线和电子衍射的方法来测量,涂层的应力可以根据一定的公式来计算。

  2.样品变形分析方法

  将薄的扁平矩形玻璃片的一端固定在镀膜设备的真空室中,然后在玻璃片的一个表面上进行镀膜。涂层应力会使板材的自由端变形。用长焦测量显微镜测量板材自由端的位移,然后根据材料力学公式计算涂层应力。

  3.光学干涉法

  光学干涉法测量涂层应力是在干涉仪上测量标准板与未涂层基体之间形成的干涉条纹,然后在基体上进行涂层。由于涂层应力,基体表面发生变形,然后在干涉仪上测量标准板与涂层基体之间形成的干涉条纹。根据干涉条纹的变化,用材料力学公式计算涂层应力。


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