划痕试验法表征薄膜涂层界面结合强度

薄膜—基体界面结合性能是直接关系到膜—基体系最终使用性能和可靠性的关键因素和首要指标．划痕试验法是唯一广泛应用于测量硬质薄膜—基体界面结合强度的实用的检验方法．文中给出划痕试验法表征薄膜涂层界面结合强度的原理、方法与过程，以及临界载荷Lc的确定方法，分析影响临界载荷Lc和压头与薄膜—基体组合体之间摩擦系数μ因素．最后，介绍了常用划痕试验检测的薄膜体系及其特点与划痕形貌．     

直流磁控溅射铬膜附着性的影响因素研究

讨论了采用直流磁控溅射法在锆合金表面镀铬时，基体的粗糙度、退火工艺、薄膜厚度及溅射前的基体离子轰击对铬薄膜附着性的影响。以自动划痕测试仪测试样品的膜/影基结合力，结果表明：退火处理能大幅度增强铬膜的附着性；薄膜厚度的增加却会使其附着性降低；而基体粗糙度对附着性并无大的影响。     

高分子选择性透气膜的透气性测定方法的比较

利用真空压力法和体积法对高分子薄膜的透气性能进行了比较．得出真空压力法适用于多种透气量的高分子薄膜的透气性能测定，体积法测试范围大，对大透气量的膜及复合膜、多孔膜测试结果比较准确．对膜材料的性能测试及选择具有一定的实用价值．     

含有界面裂纹薄膜的有限元分析

薄膜-基体复合材料在许多工程领域得到广泛应用。但在生产与使用过程中膜基界面处容易产生裂纹,裂纹的扩展导致膜层的脱落是使膜层完全失效的主要形式之一。目前主要用划痕法定量地测量膜基的结合力。先参考划痕法的试验过程建立分析薄膜力学响应的模型。然后在FEPG(有限元自动生成系统)平台上,编制相应的计算程序。并计算分析了裂纹在不同基底TiN薄膜中的影响和裂纹位置不同对TiN/Au/HSS双层膜的影响,以及裂纹长短不同对TiN/HSS单层膜的影响,表明薄膜应力与裂纹的存在因素有关。     

粉末溅射SnO2:Pt薄膜和SnO2/SnO2:Pt双层膜的气敏特性

用粉末溅射方法制备了体掺杂型SnO2 :Pt薄膜和表面层掺杂SnO2 /SnO2 :Pt双层膜 .实验结果表明 ,由室温至 2 0 0℃ ,这两种薄膜对CO气体均显示了较高的灵敏度和选择性 .单层膜厚度和双层膜导电层及气敏层厚度对灵敏度有明显的影响 .通过对掺杂单层膜和双层膜气敏特性的比较 ,对粉末溅射SnO2薄膜的气敏响应机理进行了探讨 .     

粉末溅射SnO2：Pt薄膜和SnO2／SnO2：Pt双层膜的气敏特性

用粉末溅射方法制轩了体掺杂型ＳｎＯ２：Ｐｔ薄膜和表面层掺杂ＳｎＯ２／ＳｎＯ２;Ｐｔ双层膜。实验结果表明,由室温至２００℃,这两种薄膜对ＣＯ气体均显示了较高的灵敏度和选择性。单层膜厚度和双层膜导电层及气敏层厚度对灵敏度有明显的影响。通过对掺杂单层膜和双层膜所敏特性的比较,对粉末溅射ＳｎＯ２薄膜的气敏响应机理进行了探讨。     

压电薄膜微致动器的制作和有限元分析

为实现高密度硬盘驱动器磁头的精确定位,设计和制作了一种与不锈钢基体粘结的压电薄膜微致动器。该致动器中的锆钛酸铅多层膜元件采用溶胶凝胶技术制作而成。对该致动器进行了实验测试和有限元分析。结果表明:当采用双层膜结构时,压电微致动器的位移/驱动电压灵敏度和谐振频率分别达到了1.396μm/±20V和15.13kHz;有限元仿真结果与实测结果基本吻合。     

硅基SiC薄膜的制备及性能研究

文章采用电子束物理气相沉积法在单晶Si(100)基片上制备了单层SiC薄膜和Al2O3/SiC双层膜,然后在不同温度下经氩气保护退火。通过X射线衍射仪(XRD)、原子力显微镜(AFM)对所制备的薄膜进行了结构和表面形貌分析。研究表明:退火后SiC薄膜由非晶态转为晶态,随退火温度的升高,薄膜结晶更充分,薄膜表面平均粗糙度变小;双层膜与单层膜相比,其SiC衍射峰有所增强,薄膜表面更加平滑。     

镁合金表面磁控溅射沉积铝膜的力学性能

采用直流磁控溅射法在镁合金上沉积铝膜,在高真空下对铝膜进行加热后处理. 用X射线衍射仪(XRD)分析膜层为纯铝多晶态,扫描电子显微镜(SEM)观察铝膜晶粒细小. 采用纳米压痕/划痕仪对铝膜的厚度、临界附着力、硬度和弹性模量进行了测试,并且用辉光放电光谱仪(GDS)测试了镁合金表面铝膜的成分和性能随薄膜深度的分布. 结果表明,铝膜的厚度随后处理温度的升高而降低,其表面硬度和弹性模量高于镁合金基体并且随深度增加而逐渐降低. 铝膜与镁合金基体间存在一个过渡层,结合良好且表现出一定的弹塑性能,有利于镁合金表面的防护.     

ZnO/SnO_2双层薄膜型气敏传感器

将纯的ZnO及SnO_2采用等离子溅射法制成ZnO/SnO_2双层膜,用XPS,SEM,XRD等手段对薄膜进行了分析测试。比较了单层SnO_2及ZnO薄膜与双层ZnO/SnO_2膜的气敏性质,发现双层膜较单层膜在灵敏度及选择性上都有所提高。简单讨论了元件的气敏机制。     

Measureme nt of the mechanical properties of nickelfilm based on the full- field deforma tion: An improved blister method

To characterize the mechanical properties of thin films,an improved blister method is proposed,which combines a digital speckle correlation method with the blister test.Based on this method,an experimental setup is developed to measure Young’s modulus,residual stress,and interfacial adhesion energy of an electroplated nickel flm.The results show that the improved blister method has the advantage of a high accuracy full-field measurement with the simple operation and low requirement on environments,which can be used to characterize the mechanical properties of films with various scales from laboratorial to industrial applications.     

金刚石薄膜自支撑窗口试样的制备与实验研究

以氢气和丙酮为原料，采用电子增强热丝CVD法，在硅片(100)基底上涂覆一层金刚石薄膜，在传统的硅平面加工工艺的基础上发展了一种新的在沉积好的基片上制备自支撑窗口试样的方法，并采用光刻法和湿式各向异性刻蚀技术制备得到金刚石薄膜自支撑窗口试样．研究表明，所制备的金刚石薄膜自支撑窗口的形状比较规则，膜内残留内应力小，能很好地满足鼓泡实验的要求，可以用来定量检测金刚石薄膜膜基界面结合强度和综合评价薄膜力学性能，对于促进金刚石薄膜材料在半导体器件中的应用和推广具有积极的意义．     

沥青路面养护层层间粘结材料试验方法设计

为使层间粘结材料满足路面耐久性要求,根据沥青路面养护层的应用条件进行分析。采用直剪试验可直接评价层间粘结作用;通过设计复合马歇尔试件的成型方法,并对比复合车辙板取芯试件的剪切试验结果,表明前者具有更好的稳定性;水煮粘附性试验能有效地表征粘层材料的抗水剥落性能,是层间粘结性能的重要影响因素,通过分析乳化沥青的粘附性试验,以沥青的质量裹覆率代替面积裹覆率进行指标的量化能更加准确有效地评价其抗剥落性,其试验结果同样具有良好的稳定性。     

超细晶粒金刚石涂层钻头的制备与实验

以钻头为例，根据其复杂形状衬底的特点，研究了一种新的化学预处理方法，并在传统化学气相沉积(CVD)工艺的基础上发展了一种新的CVD分阶段沉积法．实验以氢气和丙酮为原料，采用电子增强热丝CVD法在复杂形状硬质合金(WC-Co)钻头最外表面复合涂覆一层超细晶粒金刚石薄膜，并对碳化硅颗粒增强铝基复合材料进行了钻削实验．结果表明，所制备的超细晶粒金刚石涂层薄膜表面光滑，晶粒尺寸细小，涂层质量良好．提高和改善了涂层刀具的耐用度和切削性能．     

TiO2光催化涂膜的制备及性能研究

研究以丙烯酸—有机硅乳液为粘结剂，以粘结成膜的方式，将Ti02光催化剂固定化。确定了以TiO2和粘结剂为主的光催化涂覆材料的基础配方。适量聚硅氧烷的加入可以提高光催化涂膜的硬度及改善涂膜与基底的附着状况。对涂膜的光催化性能、耐久性和活性等进行了研究。     

微旋转结构法测量Al薄膜的残余应力

薄膜的残余应力是影响MEMS器件工作可靠性和稳定性的重要因素,微旋转结构法能够简单有效地测量薄膜的残余应力.文中采用MEMS工艺制作Al薄膜微旋转结构,根据微旋转结构法对m薄膜的残余应力进行了测量和计算.实验结果表明,溅射Al膜的残余应力为张应力,大小在80～110 GPa之间.对Al薄膜悬梁进行静电驱动,其驱动电压为31 ～34 V,与根据Al膜残余应力的测量值所计算出的驱动电压基本吻合.     

基于单轴微拉伸的TSV铜力学性能研究

电子产品的微型化趋势使芯片的三维集成概念应运而生,并通过硅通孔(TSV-through silicon via)技术得以实现.为了测试TSV中互连铜(Cu-TSV)的力学性能,提出了1个简便、易于操作的单轴微拉伸方法.利用有限元分析优化设计Cu-TSV微拉伸试样的支撑框架结构,有效减小试样在制作及操作过程中的损伤;种子层采用溅射Ti膜取代传统的溅射Cr/Cu膜,减小了电镀过程中的应力,避免了对种子层碱性刻蚀时对试样的腐蚀;采用单轴微拉伸系统对优化设计与制备的Cu-TSV微拉伸试样进行测试.经测试得到的Cu-TSV的杨氏模量与抗拉强度为25.4～32.9GPa和574～764MPa.     

In极性面InN的生长动力学行为

采用第一性原理模拟计算方法,从原子层面出发,了解InN的生长动力学行为.通过计算N和In原子于不同覆盖度下In极性表面的top、h3以及t4位置上的形成能和扩散势垒,了解沉积原子的相互作用和成核.结果表明,In原子比N原子更容易在干净的In极性表面吸附、粘接,并通过扩散找到稳定位置,形成一个较致密的双In原子层.模拟计算了N和In原子在双In原子层和三In原子层表面的扩散,结果显示,在稳定的双In原子层上,N原子将通过垂直扩散穿过顶部In原子层,并在两In原子层表面之间横向扩散,形成纤锌矿结构的InN材料;然而,In原子虽然可形成三In原子层或In滴,其上沉积的N原子也仅能垂直扩散穿过顶部In原子层,长成新的InN分子层,与InN基底间存在双In原子层或更厚的In薄膜,形成不完整的纤锌矿结构InN薄膜.在此基础上,我们提出一新的InN外延两步生长法,以在生长过程中尽量保持表面只存在双In原子层结构,为高质量InN薄膜的外延提供理论依据.     

基于聚酯玻纤布的层间粘结力学性能研究

在道路工程中基层与面层之间设置聚酯玻纤布夹层,可以有效的延缓反射裂缝病害的发生,而夹层的黏附性影响着防治反射裂缝效果;采用斜剪试验法对聚酯玻纤布夹层的黏结力进行对比试验,分析乳化沥青、改性沥青、基质沥青等不同黏结剂与垂直、水平剪应力的相互关系,得到基层与面层最佳黏结剂的种类;通过分析不同用量的沥青黏结剂与垂直、水平剪应力的关系,构建了黏结剂滑移模型,并确定了最佳黏结剂用量,为沥青路面病害的预防提出了一种新的研究思路。     

测定薄膜厚度的基片X射线衍射法

基于X射线衍射与吸收理论，建立了一种薄膜厚度测量方法，即基片多级衍射法．利用X射线衍射仪测量高速钢表面的TiN薄膜厚度，由于膜下基片的衍射强度较高及衍射峰形良好，可以确保薄膜厚度的测量精度．本法克服了非晶薄膜材料中薄膜衍射信息较差以及存在织构等不利因素所导致测量结果不可靠等问题．