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1、2001年10月表面技术第30卷第5期15薄膜与涂(镀)层膜基界面结合强度表征和评价马峰,蔡王旬(上海交通大学教育部高温材料与高温测试重点实验室,上海200030)[摘要]膜基界面结合强度是直接关系到膜基体系最终使用性能和可靠性的关键因素。对现用的薄膜与基体之间界面结合强度表征方法进行了综合评述,并报道了一些研究新进展。[关键词]薄膜;基体;结合强度+[中图分类号]TQ113.251[文献标识码]A[文章编号]1001-3660(2001)05-
2、0015-05CharacterizationandEvaluationoftheInterfacialBondStrengthBetweenCoatingandSubstrateMAFeng,CAIXun(KeyLab.oftheMinistryofEducationforHighTemperatureMaterialsandTesting,ShanghaiJiaotongUniv.,Shanghai200030,China)[Abstract]Theinterfacialadhesionandbondstre
3、ngthbetweencoatingandsubstrateareoftenthepredominantfactorinde-terminingtheperformanceandreliabilityofcoating-substratesystems.Inthispaper,awiderangeoftestmethods,whichhasbeendevelopedforcharacterizingandevaluatingcoating-substratebondstrength,isreported.Somen
4、ewdevelopmentsinthisareaarea-lsoillustrated.[Keywords]Coating;Substrate;Bondstrength0引言以下条件:(1)能使薄膜脱离基体并有良好的物理模型;(2)能够准确地测定有关力学参量。此外,测试方材料表面改性和薄膜材料应用中,首先要求薄膜法应简单易行,并可在工件上直接进行无损检测;重复与基体之间具有足够的界面结合强度。膜基之间结合性好,易于实现自动化。强度的好坏是评价膜层质量的关键指标,是保证薄膜界面结合强度的测试方法大体可分为3类:
5、核化[3]满足力学、物理和化学等使用性能的基本前提[1]。如法、力学法和混合法。核化法在原理上是测定单一何提高薄膜的界面结合强度,如何正确评价和表征膜键合断开时所吸收能量的总和,概念上十分简单。但基之间的界面结合强度是一个有待进一步研究的热门这种方法需要建立在如下研究基础之上:(1)形核率;话题[2]。(2)核岛密度:(3)临界形核能:(4)沉积原子在基体表面的停留时间。对于实际的薄膜而言,此方法是不可1界面结合强度的表征与评价行的。力学法的实用性较强。一般的做法是在薄膜/基体体系中施加一个力,该力可平行或垂直于
6、界面直接薄膜与基体间的结合强度可从两种不同的途径去施加其上,也可间接地引入到薄膜和基体体系中。以测量:(1)以力的形式,把薄膜从基体分离单位面积所下对各种常用方法进行说明。需的最大的力称为薄膜结合力;(2)以能量或功的形式,把薄膜从基体分离所做的功称为附着功。Chalk-[3]2拉伸法评述er指出,一种理想的界面结合强度测试方法应满足[收稿日期]2001-06-03[基金项目]国家自然科学基金资助项目(59971030)[作者简介]马峰(1974-),男,河南洛阳人,上海交通大学博士,主要从事薄膜的力学表征及测试
7、研究。16Oct.2001SURFACETECHNOLOGYVol.30NO.5其原理是在垂直薄膜与基片的界面方向上施加一拉[7]量。M.Ferraris等人则采用图2所示的改进方法对力,并逐渐加大该载荷,当膜基脱离时的拉力即为界面ZrO2-3%Y2O3/玻璃以及硅/玻璃的界面结合强度进结合强度。行了测试。该法的困难在于:(1)所加的外力中不能含有剪切分量:(2)焊接或粘接钢棒时,不能影响到薄膜的性能:3超声波测试法(3)焊接或粘接层的厚度要均匀,并保证接触面积不变。因此,为了获得
8、可靠的试验结果,焊接或粘接必须超声波法作为一种非破坏性的检测方法,是根据在专用装置上完成,以保证加到拉伸杆上的拉力通过超声反射波在涂层试样中的反射强度或超声波在试样基片圆平面的中心点。另外,所测界面结合强度应小[5,8]中的传播速度来评价界面结合强度的,测试原理如于焊接或粘接强度才有意义。图3所示。反射波强度越高,表明界面结合强度越高。[4]Argawal和
