随着微纳米科学技术的发展，薄膜材料被广泛应用于表面工程和界面工程等相关工程实际应用领域中，如金属材料表面的抗腐蚀薄膜、刀具表面的耐磨金刚石涂层、以及航空发动机涡轮叶片的热障涂层等。然而，薄膜材料在加工成器件以及使用过程中，由于受到各种机械及热载荷的作用使其产生应力和应变失配，导致薄膜材料的剥落、开裂等失效行为。对薄膜力学性能的准确表征是设计、改善和提高薄膜材料与器件寿命与可靠性的关键。显然，传统的大块材料研究方法与手段已经不适用于微纳米级薄膜的实验测量。因此，发展表征薄膜力学性能的方法与实验装置并得到薄膜的关键力学参数是很有必要的。本文研制了薄膜材料高精度全场测量鼓包装置，并将其应用于薄膜材料力学性能的表征中。主要内容如下：1.调研了现有鼓包法表征薄膜力学性能的方法与装置，提出薄膜材料鼓包表征技术要解决的关键问题。对现有薄膜力学性能鼓包表征的理论模型、试样制备以及实验装置进行研究，总结出现有方法及装置存在的问题与不足。提出薄膜材料鼓包表征时全场位移的精确测量以及相应装置的研制、小挠度下屈服强度的表征方法和弹塑性薄膜材料界面结合性能的表征模型等是薄膜材料鼓包表征技术要解决的关键问题。2.将数字散斑相关法应用在鼓包法中，实现了薄膜鼓包变形的高精度全场测量，并基于这一方法研制了薄膜力学性能鼓包装置。首先介绍数字散斑相关法测量薄膜全场位移的原理。然后用远心镜头取代数字散斑相关法测量光路中的普通镜头，克服了传统光路的视差问题。这个装置克服了现有装置测量精度低、操作复杂以及实验时容易受外部环境干扰而中断的缺点，不仅测量精度高，可以提供薄膜变形的全场信息，而且操作简单，对环境要求低。3.提出小挠度下薄膜屈服强度的鼓包法表征方法，弥补了现有模型只能适用薄膜球冠状大变形条件的不足。研究镍膜小挠度变形下压力与挠度的关系，由此得到镍膜的弹性模量。并通过与拉伸实验的结果对比，验证了装置的可靠性。然后，从薄膜的小挠度变形理论出发，根据镍膜受压变形时的位移场得到薄膜的应力场，从镍膜小挠度变形范围内挠度-压力曲线上偏离线性关系的临界点求得镍膜的屈服强度。4.区别于常见的圆形薄膜窗口膜基界面结合能研究，对方形薄膜窗口的界面结合性能进行了表征。对于某些特殊的膜基材料，如硅基薄膜材料，在制样时由于硅刻蚀的各向异性，只能制备出方形或长方形的薄膜窗口。本文以聚丙烯薄膜/钢膜基材料为研究对象，在钢基底上加工出方形孔，观察聚丙烯薄膜受压变形直到从基底剥离的过程。通过分析其变形以及剥离形貌，发现聚丙烯薄膜首先从窗口边缘的中点开始剥离并扩展到窗口的边角。这一实验现象应用薄膜大挠度理论给予了证明。5.基于梁的弯曲理论和塑性流动法则，建立了弹塑性膜/刚性基底体系界面结合能模型。以镍/钢这种双韧性膜基材料为研究对象，对其界面结合能进行表征。针对这种特定的膜基材料体系，探索了其鼓包样品的制备方法,对其受均布压力弹性变形时的界面结合性能进行研究。采用集中加载法研究了镍膜的弹塑性剥离，提出表征弹塑性薄膜膜基结合能的模型，弥补了现有鼓包模型只能应用于薄膜弹性变形的不足。总之，论文较系统的研究了薄膜材料力学性能的鼓包表征方法与装置，研制出了一台高精度全场位移测量的鼓包实验装置，并将其应用到薄膜材料杨氏模量、屈服强度和界面结合性能等关键力学性能参数的研究中，为薄膜材料的优化设计、性能改善和可靠性研究提供了重要的实验方法和参考依据。