硬質(zhì)薄膜的膜/基結(jié)合力是表征材料可靠性的重要特性參數(shù)。采用劃痕法測試硬質(zhì)薄膜的結(jié)合力時,有很多因素會影響到臨界載荷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,儀器機(jī)架剛度、劃痕速率、壓頭的曲率半徑等儀器的測量參數(shù)也會影響臨界載荷L_c的判定。采用劃痕測量法,研究了曲率半徑為20μm,50μm和100μm的壓頭對單晶硅和304基底的亞微米類金剛石薄膜與基底的結(jié)合力測量的影響。研究結(jié)果顯示:隨著壓頭曲率半徑的增加,2種材料的臨界載荷也隨之增大。

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【部分圖文】：

圖1典型劃痕測量形貌示意圖

在評估劃痕和臨界載荷的方法中，對劃痕的顯微鏡觀察能可靠地區(qū)分出不同的失效模式，從而將Lc值歸因于特定的失效模式。SharmaN等在壓頭刻劃膜/基界面結(jié)合體系時，將薄膜出現(xiàn)的界面失效對應(yīng)的載荷叫臨界載荷Lc[11]。如圖1所示，在劃痕測量中，當(dāng)增加法向力時會觀察到有許多連續(xù)的薄膜....

圖2赫茲接觸簡圖

半球形壓頭與平樣品接觸近似為圖2所示的赫茲接觸模型。圖2中ht為最大壓入深度，hp為接觸深度，he為回彈深度，a為接觸半徑，R為壓頭的曲率半徑。赫茲理論假設(shè)物體是均勻、連續(xù)、各向同性的，應(yīng)力和應(yīng)變的關(guān)系只取決于物體的物理性質(zhì)。在滿足接觸區(qū)變形小、接觸面為橢圓面、相接觸物體可看作彈....

圖3劃入深度-應(yīng)力分布圖

根據(jù)球/平面接觸彈性應(yīng)力場模型[17]，如圖3所示，z/a=0.5處在此時的VonMises應(yīng)力中心處，即最大應(yīng)力點(diǎn)位置在0.5a處附近。當(dāng)壓頭材料和樣品材料確定時，同一正壓力下，壓頭下方的應(yīng)力分布及最大應(yīng)力點(diǎn)位置取決于壓頭的曲率半徑，壓頭曲率半徑越大，最大應(yīng)力點(diǎn)的位置越深。3....

圖4薄膜A在20倍物鏡下的放大圖及劃痕形貌圖

圖4分別是壓頭曲率半徑20μm、50μm、100μm對薄膜A劃痕測量的形貌圖，包括對應(yīng)的局部形貌放大圖和劃痕的完整形貌圖，局部形貌展現(xiàn)出在臨界載荷處的裂紋和剝落情況，完整形貌可以看出劃痕過程中樣品失效的過程。由圖4可以看出:

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