Исследование адгезионных характеристик силицидных покрытий на молибдене методом склерометрии
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
асно этой теории, адгезия рассматривается как результат молекулярного взаимодействия поверхностей, различных по своей природе.
Диффузионная теория. Адгезия, согласно данной теории, сводится к взаимной или односторонней диффузии молекул адгезива и субстрата.
Химическая теория. Сторонники этой теории считают, что во многих случаях адгезия может быть объяснена не физическим, а химическим взаимодействием между адгезивом и субстратом.
При адгезионном взаимодействии формирование межфазного контакта в значительной мере определяется площадью контактов - фактического и максимального (молекулярного). Достижению максимального межфазного контакта препятствует развитость микрорельефа поверхности субстрата, а также сопротивление граничащих с ней слоев адгезива.
Термодинамическая предпосылка адгезионного взаимодействия состоит в снижении величины поверхностной энергии при сближении поверхностей адгезива и субстрата на расстояния, сопоставимые с радиусом действия межмолекулярных сил. Более полный анализ включает также учет электростатических взаимодействий.
Молекулярно-кинетической предпосылкой образования адгезионных соединений является обеспечение достаточно высокой подвижности молекул адгезивов и субстратов в зонах, прилегающих к границе раздела фаз.
Прочность адгезионных соединений определяется как межфазным взаимодействием, так и деформационными свойствами адгезивов и субстратов (которые различны в объеме и в приповерхностных слоях фаз) и возникающими в них при адгезионном контакте напряжениями.
Практическую важность имеет критерий прочности адгезионных соединений - их долговечность, т.е. продолжительность сохранения целостности и заданных механических свойств в условиях внешнего нагружения или воздействия агрессивных сред.
При отрыве плёнок и структурированных масс измеряется адгезионная прочность, которая, кроме адгезии, включает усилие на деформацию и течение образца, разрядку двойного электрического слоя и другие побочные явления. Адгезионная прочность зависит от размеров (толщины, ширины) образца, направления и скорости приложения внешнего усилия.
Адгезия является очень трудноизмеряемым, но в то же время важнейшим свойством покрытия.
Применяемые в промышленности методы контроля прочности сцепления покрытий с подложками основаны на таких методиках как крацевание, изгиб, растяжение, нанесение сетки царапин и т.д. [17]. Однако эти методы не дают количественных значений величины прочности сцепления. Количественные показатели получают применением методов прямого отрыва пленки от подложки [18] либо их сдвига [19]. Большинство существующих методик напрямую применимы лишь к тонким покрытиям.
Для определения адгезионной прочности толстых покрытий методом отрыва без применения клеевых соединений и пайки используют метод штифтов [18, 20, 21]. Метод включает размещение штифта конусообразной формы в отверстие матрицы, нанесение покрытия на штифт и матрицу и приложение к полученной системе внешней силы. Под действием этой силы происходит отрыв одной части пленки от торцевой поверхности штифта, в то время как другая ее часть служит своеобразной опорой. Прочность сцепления оценивают по формуле: ? = F/?r2, где F - сила отрыва, а r - радиус торца штифа. При использовании этого способа для исследования пленок тоньше 100 мкм происходит неравномерный отрыв штифта от пленки и ее прорыв. При испытании хрупких покрытий с высокой адгезией (например, керамических диффузионных) наблюдается разрыв в узком кольцевом зазоре, который прилегает к периметру штифта.
Существует также метод, основанный на возбуждении продольных колебаний ультразвуковой частоты в металлическом цилиндре, на торец которого нанесено покрытие [22]. Отрыв покрытия от поверхности металла происходит в момент, когда сила, возникающая в покрытии и вызываемая колебаниями частоты, превышает силы сцепления. Вместе с тем, этот метод из-за сравнительной сложности не нашел широкого применения.
Для определения прочности сцепления покрытий и их физико-механических свойств используют также метод царапания - склерометрию [23-25]. Царапающие устройства - скретч-тестеры - по конструкции, как правило, состоят из коромысла, на одном конце которого размещено царапающее острие (индентор). Нагрузка на индентор создается с помощью добавочных грузов. Вначале вся система балансируется так, что индентор лишь слегка касается подложки с покрытием, размещенной на горизонтальном столе. Во время передвижения стола происходит сцарапывание пленки.
В большинстве царапающих устройств использовались алмазные инденторы конической формы с радиусом закругления вершины до 400 мкм [26]. Скорость перемещения индентора составляет обычно несколько мм в минуту. Момент сцарапывания пленки определялся микроскопически, а также при помощи регистрации акусто-эмиссионного сигнала, появляющегося при сцарапывании пленок из хрупких материалов.
Метод царапания является наиболее простым и быстрым способом оценки адгезионных характеристик. Однако, несмотря на широкое его применение, имеются трудности в количественной оценке прочности сцепления. Как правило, прочность сцепления характеризуют величиной вертикальной (критической) нагрузки на острие, при которой происходит сцарапывание пленки.
При испытании адгезии царапанием образующаяся тончайшая канавка (в зависимости от таких факторов как твердость материала покрытия и подложки, толщина пленки