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论文题目：材料表面及界面微划痕破坏的实验和理论研究

论文编号： lw200708171156347683

论文属性：硕士毕业论文

论文国籍：

论文语言：中文

登出日期： 2007-08-17

点击次数：871

论文字数：36252

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材料表面及界面微划痕破坏的实验和理论研究
材料表面及界面微划痕破坏的实验和理论研究

摘要

微划痕试验是一种常被用来检验材料的表面渡膜或涂层的粘结性能的实验手段，在大规模和超大规模电子电路及MEMS器件的失效分析中也得到广泛应用。然而，在许多情况下，由于渡膜或涂层材料的复杂性，人们往往难以获得有效的实验测量。本论文旨在通过对韧性薄膜/脆性基体系的微划痕实验研究，以及对微划痕实验的力学机制的刻划和分析，实现对薄膜/基体界面脱胶机理的深入认识，同时达到对相关微尺度力学问题的深入探讨。本文对硅基体上三种韧性镀膜体系（Al/Si、Ni/Si、Ti/Si）的粘结强度及破坏机理进行微划痕实验及理论研究，从实验中观察出韧性薄膜的破坏特征，进而测量出微划痕水平驱动力和划痕深度随划痕水平位移并伴随有界面脱胶发生时的变化规律。针对微划痕破坏特征，建立双粘聚力模型，同时研究粘聚力模型的预测结果对其形状参数的依赖性。利用双粘聚力模型对由微划痕引起的界面弹塑性脱胶进行数值模拟，给出界面脱胶时能量释放率随其他材料参数变化的理论预测曲线，并将预测值与本文的实验结果及与文献中关于铂/氧化镍的实验结果进行对比，达到基本符合。
通过对韧性薄膜/脆性基体的微划痕实验研究和理论分析，获得如下主要结论：韧性膜的微划痕破坏特征为，当划针尖端接近界面时，将突然发生薄膜沿界面的脱胶现象，并在界面附近脆性基一侧形成界面裂纹并扩展；微划痕的水平驱动力表征了整个薄膜脱胶体系的能量释放率；薄膜或涂层材料的塑性变形对微划痕过程有较强的抑制作用；界面的分离强度和材料的剪切强度对微划痕过程有重要的影响。
为了与韧性薄膜的微划痕破坏特征作比较，本文还进行了脆性薄膜/韧性基（TiN/高速钢）的划痕破坏实验研究。
关键词：韧性薄膜微划痕实验水平驱动力能量释放率双粘聚力模型

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