PVD真空鍍膜涂層的內應力與測量
發布時間：2017-09-19
一、應力簡介
物體由于外因(受力、濕度變化等)而變形時，在物體內各部分之間產生相互作用的內力，以抵抗這種外因的作用，并力圖使物體從變形后的位置回復到變形前的位置。在所考察的截面某一點單位面積上的內力稱為應力。同截面垂直的稱為正應力或法向應力，同截面相切的稱為剪應力或切應力。應力會隨著外力的增加而增長，對于某一種材料，應力的增長是有限度的，超過這一限度，材料就要破壞。對某種材料來說，應力可能達到的這個限度稱為該種材料的極限應力。極限應力值要通過材料的力學試驗來測定。將測定的極限應力作適當降低，規定出材料能安全工作的應力最大值，這就是許用應力。材料要想安全使用，在使用時其內的應力應低于它的極限應力，否則材料就會在使用時發生破壞。
在應力中有一種稱為內應力，即當沒有外力作用時，物體內部所存在的應力就是內應力。PVD涂層中存在內應力。內應力的危害非常大，所以在生產中應當掌握內應力的大小及其程度。PVD涂層的主要用途是作為耐磨防護涂層，這要求具有一定的厚度和使用壽命，但是涂層中的內應力限制了涂層的厚度。如果由于內應力而產生的單位體積的彈性能超過單位面積的斷裂能，則涂層脫落，因此沉積涂層的厚度受到了限制。一般情況下，涂層的內應力、彈性模量和硬度彼此成正比。所以，生產過程中要通過物理氣相沉積工藝條件控制涂層的應力特別是內應力，涂層后要檢測涂層的內應力，使其在可接受范圍之內。
二、應力測試方法
應力測試方法主要包括X射線和電子衍射法、試樣變形分析法和光干涉法。
1、X射線和電子衍射法
當涂層處于應力狀態下，其晶格會產生畸變，從而使晶格常數發生變化，所以用X射線和電子衍射方法測出晶格常數的衍射譜線寬度的變化，可以按一定公式計算出涂層的應力。
2.試樣變形分析法
將很薄的平直長方形玻璃片的一端固定在涂層設備的真空室內，然后在薄片的一個表面上涂層，涂層應力會使薄片的自由端產生變形，用長焦測量顯微鏡測出薄片自由端的位移量，再根據材料力學公式計算出涂層的應力。
3.光干涉法
利用光干涉法測量涂層應力是先在干涉儀上測量出標準平板與未涂層基片之間形成的干涉條紋，然后在基片上涂層，由于涂層應力的作用，基片表面產生變形，再在干涉儀上測量出標準平板與已涂層基片之間形成的干涉條紋，依據干涉條紋的變化量，用材料力學公式計算出涂層應力。
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