類金剛石薄膜在錐形納米壓頭作用下的斷裂分析

編號：NMJS05095

篇名：類金剛石薄膜在錐形納米壓頭作用下的斷裂分析

作者：付昆昆； 鄭百林； 殷永柏； 胡騰越； 葉林； 壽大華；

關(guān)鍵詞：薄膜； 納米壓痕； 斷裂； 有限元法；

機構(gòu)： 同濟大學(xué)航空航天與力學(xué)學(xué)院； 悉尼大學(xué)航空航天、機械和機械電子工程學(xué)院； 哈爾濱船舶鍋爐渦輪機研究所； 悉尼大學(xué)物理學(xué)院；

摘要： 硬薄膜往往具有較脆的特性,在過載時易發(fā)生脆性斷裂.本文研究了硬薄膜/軟基體在錐形納米壓頭作用下的斷裂模式.利用等離子體化學(xué)沉積法在聚二醚酮基體上沉積生成類金剛石薄膜.使用納米壓痕法對其進行實驗研究,實時記錄納米壓頭壓入樣品過程中所受的載荷以及位移.載荷位移曲線中有若干間斷點,代表著裂紋的形成和擴展.壓痕實驗完成后,通過掃描電子顯微鏡和聚焦離子束觀察發(fā)現(xiàn),類金剛石薄膜壓痕處出現(xiàn)規(guī)則的貫穿厚度的環(huán)形裂紋和徑向裂紋.最后,利用有限元法分析了硬薄膜/軟基體在錐形壓頭作用下的應(yīng)力分布,通過cohesive單元模擬環(huán)形裂紋的起始和擴展.結(jié)果表明:環(huán)形裂紋是由薄膜表面較高的徑向拉應(yīng)力引起的,較高的徑向拉應(yīng)力發(fā)生于壓頭和薄膜表面接觸區(qū)域的外側(cè);徑向裂紋則是由薄膜在界面附近較大的拉應(yīng)力引起的.并且,各圈環(huán)形裂紋的半徑基本呈線性遞增,這和實驗觀測基本相符.