Внутрішній стрес та його вимірювання вакуумного покриття PVD

1. Що таке внутрішній стрес?

Коли об'єкт деформується через зовнішні причини (напруга, вологість тощо), внутрішні сили взаємодіють один з одним в об'єкті, щоб протистояти дії зовнішньої причини, а також намагається відновити об'єкт з деформованого положення положення перед деформацією. Внутрішня сила на одиницю площі в точці розглянутого перетину називається стресом. Перпендикуляр до одного і того ж поперечного перерізу називається позитивним стресом або нормальним напругою, а тангенціальний поперечний переріз називається стрибковим стресом. Стрес зростає з збільшенням зовнішніх сил. Для певного матеріалу збільшення стресу обмежене, і матеріал повинен бути знищений вище цієї межі. Межа, до якої може наступити стрес, називається найвищим стресом матеріалу. Остаточна напруга визначається механічним випробуванням матеріалу. Відповідно зменште вимірюваний кінцевий стрес, щоб визначити максимальний тиск, який матеріал може працювати безпечно, тобто допустимий стрес. Якщо матеріал повинен бути використаний безпечно, напруга його повинно бути нижче, ніж його остаточний стрес. Інакше матеріал буде знищений.

Існує якийсь стрес, який називається внутрішнім стресом, тобто коли немає зовнішньої сили, внутрішнього стресу в об'єкті. В покритті PVD виникає внутрішній стрес, а внутрішній стрес дуже шкідливий, тому у виробництві слід освоїти величину і ступінь внутрішнього напруження. Основне застосування ПВД-покриттів - це зносостійка захисна плівка, яка вимагає певної товщини і терміну служби, але внутрішня напруга в покритті обмежує товщину покриття. Якщо пружна енергія на одиницю об'єму за рахунок внутрішнього напруження перевищує енергію розриву на одиницю площі, покриття буде зніматися, так що товщина нанесеного покриття обмежена. Взагалі, внутрішні напруги, модуль пружності та твердість покриття прямо пропорційні один одному. Тому під час виробничого процесу стрес покриттів, особливо внутрішніх напруг, повинен контролюватися умовами процесу фізичного осадження парів. Після процесу внутрішній напруга покриття повинно бути виявлено, щоб забезпечити його в прийнятному діапазоні.

2. Метод випробування стресу

Методи стрес-тестування переважно включають рентгенівські та електронно-дифракційні методи, методи аналізу деформаційних зразків та оптичні перешкоди .

◆ метод рентгенівського і електронного дифракції

Коли покриття буде під напругою, його кристалічна решітка буде спотворюватися і зміна константи решітки. Тому зміна ширини лінії дифракції константи решітки може бути виміряна рентгенівськими та електронними дифракційними методами, а потім напруга покриттів може бути розрахована за певною формулою.

◆ Метод аналізу деформації зразка

Один кінець дуже тонкими прямокутними скляними шматочками закріплений у вакуумній камері обладнання для нанесення покриттів, а потім на покриття на поверхні листа, напруга покриття деформує вільний кінець листа. Зсув вільного кінця листа вимірюється за допомогою телефотометричного мікроскопа, а потім напруга покриття розраховується відповідно до механічної формули матеріалу.

◆ Метод світлової перешкоди

Спочатку вимірюйте інтерференційну смугу між стандартною плоскою пластиною та не накритою підкладкою інтерферометром. Потім покриття наносять на підкладку, а поверхня підкладки деформується через нанесення покриття. Потім на інтерферометрі вимірюють інтерференційні смуги між стандартною плоскою пластиною та підкладкою з покриттям. Згідно з варіацією інтерференційної смуги, напруга покриття може бути розрахована за механічною формулою матеріалу.