Các Phương Pháp Đo Các Tính Chất Của Màng Cơ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN BỘ MÔN VẬT LÝ ỨNG DỤNG VẬT LÝ MÀNG MỎNG GVTH: PGS TS LÊ VĂN HIẾU HVTH: PHAN TRUNG VĨNH Màng (Coating) Lớp xen phủ màng-đế  Độ gồ ghề (Roughness)  Độ mài mòn (Erosion)  Độ hao mòn/Độ oxy hóa (Corrosion/Oxidation)  Các tính chất điện (Electronic Properties)  Các đặc tính ma sát (Frictional Characteristics)  Độ xốp (Porosity)  Sức căng dư (Residual Stress)  Độ gắn kết (Cohesion)  Vết nứt/Sai hỏng (Crackinh/Defect)  Đa lớp (Multilayers)  Các thành phần xếp (Graded Composition)  Độ bám dính (Adhesion)  Tính chất quang  Độ bám dính (Adhesion)  Các tính chất đế (Substrate Properties)  Độ giãn nở không (Expansion Mismatch)  Sự khuyếch tán qua lại (Interdiffusion)  Các rào khuyếch tán (Diffusion Barriers)  Độ sạch/Độ gồ ghề (Cleanliness/Roughness) Đế (Substrate) Hình 1: Một vài tính chất quan trọng hệ màng-đế ứng dụng công nghệ MÀNG CƠ Độ cứng (Hardness) Độ bám dính (Adhesion) Các phương pháp đo độ cứng Tùy thuộc Độ dày màng Đ/N Tính chống lại Sự mài mòn Phương pháp đo trực tiếp Độ cứng vật liệu Sự biến dạng không đàn hồi (Plastic Deformation) Thang đo Macro Micro Nano Màng dày (>10μm) Màng mỏng ( Hs ) (H f < Hs ) Ý tưởng chung Độ cứng đo (màng & đế) Độ cứng đế Độ cứng màng Trong đó: Hf độ cứng màng Hs độ cứng đế Hc độ cứng hệ màng đế Vf Vs Hc = H f + χ Hs V V Vf Vs Hc = χ H f + Hs V V V = V f + χ 3Vs (H f > Hs ) (H f < Hs ) Trong đó: Hf độ cứng màng Hs độ cứng đế Hc độ cứng hệ màng đế Deforming Volume: Thể tích biến dạng Vf thể tích biến dạng màng H > H ( f s) Vs thể tích biến dạng đế V = χ 3V f + Vs H f < H s V thể tích biến dạng toàn phần n n = 1/2 đến χ thừa số thực nghiệm, xác định: χ =  E f H s   ÷ ÷ 1/3 Ef ứng suất* màng; Es ứng suất đế  Es H f  (TN) ( ) Ef Ef E > s H f Hs Vf Hf < Es Hs Vf Vs Vs * Ứng suất nội lực tồn bên vật thể, xuất vật thể bị biến dạng có khuynh hướng chống lại biến dạng Sự biến đổi độ cứng 14μm TiN/Thép tinh khiết Màng Đế Hệ MàngĐ ế Lực tác dụng lên indenter (g) 2μm TiN/Thép tinh khiết Sự biến đổi độ cứng Đường cong nội suy thể biến đổi độ cứng màng theo lực tác dụng lên indenter màng TiN phủ đế thép tinh khiết độ dày 2μm Đường cong nội suy thể biến đổi độ cứng màng theo lực tác dụng lên indenter màng TiN phủ đế thép tinh khiết độ dày 14μm Màng Đế Hệ Màng-Đế Các phương pháp đo độ bám dính Độ bám dính (Adhesion) Đ/N đo đạc Giữa màng đế Mức độ liên kết vật liệu Năng lượng cần thiết để phá vỡ liên kết vật liệu Lực căng cần thiết để bóc màng khỏi đế Phương pháp vết lõm Phương pháp phổ biến đo độ bám dính màng-đế (Indentation Test) Phương pháp cào (Scratch Test) PHƯƠNG PHÁP VẾT LÕM Mẫu làm lõm indenter với nhiều lực tác dụng khác  Lực tác dụng thấp Màng biến dạng đàn hồi với đế  Lực tác dụng đủ lớn Màng bị nứt (crack) Mật độ vết nứt tăng tăng lực tác dụng Ảnh chụp SEM vết lõm màng TiN dày 2μm phủ đế thép tinh khiết Lực tác dụng lớn mà màng chưa bị nứt  Độ bám dính PHƯƠNG PHÁP CÀO Bề mặt mẫu cào mũi nhọn với nhiều lực ép tăng dần lớp màng bị lấy hoàn toàn L Lc L: lực tác dụng lên mũi nhọn Lc: lực tác dụng tới hạn, màng bị tách hoàn toàn Substrate Kích thước mũi nhọn Lực tác dụng Macro Micro Nano Lc xác định độ bám dính màng  Mũi nhọn: hình nón, R = 200μm, L = đến 200N  Mũi nhọn: hình nón, R = vài trăm nm đến vài μm; L = vài trăm μN đến vài chục mN  Mũi nhọn: hình kim tự tháp mặt, R = 100nm; L = 10 đến 100μN