球头压痕确定薄膜模量的等效膜厚法

稀有金属材料与工程, 2012, 41(12): 2223-2227.

球头压痕确定薄膜模量的等效膜厚法

赵翔 ^1, , 王峰会 ^2, , 郭章新 ^3, , 刘铁军 ^4, , 黄建业 ^5, , 石海波 ^6,

1.西北工业大学,陕西西安,710129

2.西北工业大学,陕西西安,710129

3.西北工业大学,陕西西安,710129

4.西北工业大学,陕西西安,710129

5.西北工业大学,陕西西安,710129

6.西北工业大学,陕西西安,710129

基金项目: 国家自然科学基金(10772146) 西北工业大学研究生创业种子基金(Z2012062)

关键词：等效膜厚 , 薄膜/基体结构 , 球压头压痕 , 弹性模量

Determination of the Elastic Modulus of Thin Film by Spherical Indentation Based on Equivalent Film Thickness Model

基于Hertz方程,修正了平头压痕薄膜系统的力学模型,建立了用于评估球头压痕确定薄膜弹性模量的等效膜厚法.采用有限元方法对模型进行计算分析,结果发现,当薄膜弹性模量大于基体时,计算误差小于Ranjana和William (RW)模型[1]；当薄膜弹性模量小于基体时,对于较深的压痕计算得到的结果仍然和理论值相符,说明本模型可以用于比较深的压痕情况.另外,研究了薄膜屈服强度和球压头半径对计算结果的影响,结果显示,薄膜的压缩屈服强度越大,等效膜厚法得到的结果越准确；而在同一压痕深度下,较大的压头半径会带来较大的误差,当压痕深度较小时,薄膜的弹性模量受压头半径的影响较小.最后通过TiN/sapphire在球压头和三棱锥压头下的试验,验证了本方法.

参考文献

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