【摘 要】
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随着科学的进步和技术的革新,薄膜基底结构被广泛地应用到高新技术产业的各个领域。基底上的薄膜结构在制造和加工过程中会不可避免地产生残余应力,在工作环境中由于热力耦合的作用会产生热应力等。薄膜应力对薄膜器件的性能和使用寿命产生不利影响,而且应力是导致薄膜失效破坏的关键因素。因此,开展关于薄膜应力的理论研究以及实验测量具有非常重要的科学意义。本文主要研究内容和结论如下:1、搭建了一套非接触高温全场变形测
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随着科学的进步和技术的革新,薄膜基底结构被广泛地应用到高新技术产业的各个领域。基底上的薄膜结构在制造和加工过程中会不可避免地产生残余应力,在工作环境中由于热力耦合的作用会产生热应力等。薄膜应力对薄膜器件的性能和使用寿命产生不利影响,而且应力是导致薄膜失效破坏的关键因素。因此,开展关于薄膜应力的理论研究以及实验测量具有非常重要的科学意义。本文主要研究内容和结论如下:1、搭建了一套非接触高温全场变形测量系统,提出了一种简单的高温散斑制作方法,可用于薄膜曲率高精度测量。结果表明,对于半径25mm试样,该系统变形测量精度为0.45μm,曲率测量精度为1.5×10-6mm-1。2、基于线性热弹性本构模型,推导了适用于非均匀变形的多层薄膜应力公式,构建各层薄膜应力与温度场、试样曲率的直接关系。结果表明,薄膜局部应力不仅与该点的局部曲率有关,而且和系统的整体曲率有关系。3、通过有限元模拟,分析基于曲率的薄膜应力计算方法的误差。结果表明,基底和薄膜厚度比越大公式的计算误差就越小,当厚度比大于25时,薄膜应力计算误差小于5%;薄膜基底的弹性模量之比和热膨胀系数之比对薄膜应力计算几乎无影响。4、成功地测量了单层薄膜黄铜基底镀镍试样和双层薄膜热障涂层试样的加工和受热曲率变化,并计算获得了全场薄膜残余应力和热应力,为多层薄膜基底结构的薄膜全场应力测量提供了一种可靠的方法。
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