薄膜残余应力有限元分析研究_张耀平

纳米薄膜力学性能的尺寸相关性及其残余应力分析

纳米薄膜力学性能的尺寸相关性及其残余应力分析
佘慧;王彪
【期刊名称】《纳米科技》
【年(卷),期】2008(005)003
【摘要】系统地分析了纳米薄膜残余应力产生的物理机制,重点讨论了表面应力对纳米薄膜的影响,解释了纳米薄膜特殊的力学性能尺寸相关性,并通过考虑表面应力的有限元模型给出了纳米薄膜单轴拉伸的数值模拟结果.
【总页数】4页(P4-7)
【作者】佘慧;王彪
【作者单位】中山大学工学院,广东,广州,510275;广东省建筑科学研究院,广东,广州,510500;中山大学物理科学与工程技术学院,广东,广州,510275
【正文语种】中文
【中图分类】O484;O369
【相关文献】
1.分子动力学模拟Pb纳米薄膜的结合能和晶格参数的尺寸效应 [J], 齐卫宏
2.铅纳米薄膜熔化温度尺寸效应的分子动力学研究 [J], 齐卫宏;汪明朴
3.尺寸对铜纳米薄膜2p3/2能级偏移的影响 [J], 周兆锋;杨叶子;王艳;博茂林
4.基于XRD的Al_2O_3纳米薄膜残余应力测试 [J], 孔德军;张永康;冯爱新;鲁金忠
5.KH-550改性纳米二氧化钛对芳纶纳米薄膜抗紫外及力学性能的影响 [J], 王丹妮;聂景怡;赵永生;司联蒙;骆志荣;陆赵情
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

薄膜材料屈服强度的有限元分析

薄膜材料屈服强度的有限元分析
李芳;王经伟;秦国鹏
【期刊名称】《山西建筑》
【年(卷),期】2008(034)008
【摘要】研究了模拟圆柱压头纳米压痕法计算出圆柱压头压痕下典型的应力分布以及载荷-压深曲线,通过对载荷-压深曲线的研究,确定了圆柱压头压痕法薄膜屈服强度的方法,从而为圆柱接头的应用提供理论基础.
【总页数】2页(P180-181)
【作者】李芳;王经伟;秦国鹏
【作者单位】沈阳建筑大学,辽宁沈阳 110168;沈阳建筑大学,辽宁沈阳 110168;东北大学,辽宁沈阳 110000
【正文语种】中文
【中图分类】TU501
【相关文献】
1.金属薄膜屈服强度的鼓包法表征 [J], 姚春国;王子菡;龙士国;陈龙;邓方鑫
2.铝和铝合金材料拉伸时比例极限与抗拉强度的关系及屈服强度的测定 [J], 郭小璇
3.双屈服面法测量金属材料动高压屈服强度的若干改进 [J], 胡建波;戴诚达;俞宇颖;谭华
4.球形压痕法评价材料屈服强度和应变硬化指数的有限元分析 [J], 崔航;陈怀宁;陈
静;黄春玲;吴昌忠
5.基于HCSR的油船舱段屈服强度有限元分析 [J], 张原瑾
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

SiO2 薄膜热应力模拟计算

SiO2薄膜热应力模拟计算1吴靓臻，唐吉玉华南师范大学物电学院，广州（510006）E-mail：tangjy@摘要：薄膜内应力严重影响薄膜在实际中的应用。

本文采用有限元模型对SiO2薄膜热应力进行模拟计算，验证了模型的准确性。

同时计算了薄膜热应力的大小和分布，分别分析了不同镀膜温度、不同膜厚和不同基底厚度生长环境下热应力的大小，得到了相应的变化趋势图, 对薄膜现实生长具有一定的指导意义。

关键词：热应力，SiO2薄膜，有限元，模拟0 引言二氧化硅(SiO2)薄膜因其具有优越的电绝缘性，传导特性等各种性能,加之其工艺的可行性，在微电子及光学和其它领域中有着非常广泛的应用[1]。

随着光通信及集成光学研究的深入，在光学薄膜中占重要地位的多层介质SiO2光学薄膜，是主要的低折射率材料，对光学技术的发展起着举足轻重的作用[2]。

然而，光学薄膜中普遍存在的残余应力是影响光学器件甚至整个集成光学系统性能及可靠性的重要因素。

过大的残余应力会导致薄膜产生裂痕、褶皱、脱落等各种破坏，影响薄膜的使用性能[3]。

此外，光学薄膜中的残余应力还会引起其基底平面发生弯曲导致其光学仪器发生畸变，从而导致整个光学系统偏离设计指标,甚至完全不能工作。

因此有必要对SiO2薄膜残余应力进行深入细致的研究。

前人的研究表明：SiO2薄膜中的最终残余应力是淬火应力和热应力共同作用的结果[4] [5] [6]，而热应力是薄膜应力中不可避免的。

但是现有的热应力理论计算无法得到直观的热应力分布规律,不利于选择最适合的生长环境；若采用实验测试，成本高且也不现实。

本文利用计算机，采用有限元技术,以在BK7玻璃衬底上生长的SiO2薄膜为研究对象,利用有限元软件ANSYS对SiO2薄膜在冷却阶段产生的热应力进行计算与分析, 计算了薄膜热应力的大小和分布，分别分析了不同镀膜温度、不同膜厚和不同基底厚度生长环境下热应力的大小，得到了相应的变化趋势图。

这些结果对SiO2薄膜的实际应用和薄膜应力产生机制的探讨都有一定的意义。

薄膜应力分析及一些测量结果

文章编号:1005—5630(2001)5 6—0084—08薄膜应力分析及一些测量结果Ξ范瑞瑛,范正修(中国科学院上海光学精密机械研究所,上海201800) 摘要:论述了薄膜应力在强激光薄膜应用中的重要性,分析了应力的形成原因及沉积参数、老化条件的关系,给出了应力的简单测试方法及部分结果。

关键词:热应力;形变;沉积;老化中图分类号:O 48415 文献标识码:AStress ana lysis of th i n f il m s and so m e testi ng resultsFA N R u i 2y ing ,FA N Z heng 2x iu(Shanghai In stitu te of Op tics and F ine M echan ics ,Ch inese A cadem y of Sciences ,Shanghai 201800,Ch ina ) Abstract :T he seri ou s influence of stress on h igh pow er laser th in fil m s w as discu ssed in th is p ap er .T he o riginati on of stress and the co rrelati on betw een stress and depo siti on p aram eters and aging conditi on s w ere analyzed .A si m p le stress testing m ethod and som e testing resu lts w ere p resen ted in the con tex t .Key words :therm al stress ;defo rm ati on ;depo siti on ;aging1　薄膜应力研究的重要性薄膜应力在薄膜应用中是一个不容忽视的问题。

薄膜应力测量方法及影响因素研究进展

薄膜应力测量方法及影响因素研究进展马一博;陈牧;颜悦;刘伟明;韦友秀;张晓锋;李佳明【期刊名称】《航空材料学报》【年(卷),期】2018(038)001【摘要】随着薄膜电子器件的尺寸不断减小,薄膜应力成为薄膜器件失效的重要原因.薄膜应力不仅影响薄膜结构而且与薄膜光学、电学、力学等性质相关,因此,薄膜应力逐渐成为薄膜材料研究领域的热点之一.本文综述了薄膜应力的最新研究进展,对比分析了基底曲率法、X射线衍射法、拉曼光谱法等常见的薄膜应力检测方法,概括了薄膜成分比例、基底类型、磁控溅射工艺参数(溅射功率、工作压力、基底温度)和退火等影响薄膜应力的因素.发现基底曲率法适合测量绝大部分薄膜材料,而X射线衍射法、拉曼光谱法只适合测量具有特征峰的材料,纳米压痕法需与无应力样品作对比实验.在薄膜制备和退火过程中,薄膜应力一般发生压应力和张应力的转化,且多个工艺参数共同影响薄膜应力,适当调节参数可使薄膜应力达到最小值甚至无应力状态.最后,结合薄膜应力当前的研究现状提出了未来可能的研究方向,即寻找不同材料体系薄膜应力的精确测量方法以及薄膜应力检测过程中面临的检测范围问题.【总页数】9页(P17-25)【作者】马一博;陈牧;颜悦;刘伟明;韦友秀;张晓锋;李佳明【作者单位】中国航发北京航空材料研究院透明件研究所,北京100095;北京市先进运载系统结构透明件工程技术研究中心,北京100095;中国航发北京航空材料研究院透明件研究所,北京100095;北京市先进运载系统结构透明件工程技术研究中心,北京100095;中国航发北京航空材料研究院透明件研究所,北京100095;北京市先进运载系统结构透明件工程技术研究中心,北京100095;中国航发北京航空材料研究院透明件研究所,北京100095;北京市先进运载系统结构透明件工程技术研究中心,北京100095;中国航发北京航空材料研究院透明件研究所,北京100095;北京市先进运载系统结构透明件工程技术研究中心,北京100095;中国航发北京航空材料研究院透明件研究所,北京100095;北京市先进运载系统结构透明件工程技术研究中心,北京100095;中国航发北京航空材料研究院透明件研究所,北京100095;北京市先进运载系统结构透明件工程技术研究中心,北京100095【正文语种】中文【中图分类】O369【相关文献】1.VDT搜索作业绩效影响因素及其测量方法研究进展 [J], 罗俊浩;廖斌;王泰鑫2.PICC尖端定位测量方法及影响因素的研究进展 [J], 韩娟;李蓉梅3.薄膜应力激光测量方法分析 [J], 王成;马莹;张贵彦;肖孟超;甘志宏;缪同群;钱龙生4.薄膜应力测量方法进展 [J], 王生钊;张丹5.捏力测量方法及影响因素研究进展 [J], 孙嘉琪;徐红旗因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

基于膜系设计控制薄膜残余应力的研究

构薄膜。假设等价薄膜材料的等双轴拉伸错配应
变是平行于界面且各向同性的，其相对基片的错
配应变为 εm (r,z)，错配应变依赖于距界面的距
离，是参量 z 的函数，如图 1 所示。在薄膜体系中
建立坐标系，坐标原点在基片中平面的中心处，
single- layer film sanples
如果薄膜很薄，则可以认为 εm(r,z)是与薄膜厚度无关的量。此外，错配应变的物理原点是非实质的，错配应变在整个薄膜材料空间上分布是均匀的，这样 εm(r,z)是系统参数，它没有必要代表材料里的任何实际地方 [2]。这里以 εm 代替，可以得到：
Msh s i = 1
fi=
Ma εmaha ,材料 a （8）
Mb εmbhb ,材料 b
该式的实际意义在于：可以通过测量多层结
构薄膜的曲率来分析薄膜内的残余应力值。需要
说明的是，该结论仅对薄膜厚度很小，薄膜厚度
第 46 卷第 1 期 2009 年 1 月
真空 VACUUM
Vol. 46, No. 1 Jan. 2009
基于膜系设计控制薄膜残余应力的研究 *
夏志林，薛亦渝，郭培涛，黄才华，李展望，傅志伟
（武汉理工大学材料科学与工程学院，湖北武汉 430070）
摘要：残余应力大的薄膜，容易产生脱膜现象，使得薄膜失去所需功能。在激光薄膜领域，残余应力也

纳米压痕仪测硬度

利用纳米压痕测量表层残余应力摘要经过差热收缩，薄铜箔产生等量的双轴残余应力（高达约175兆帕）。

随后，这些箔片在位移控制下出现压痕后测量负载—位移—时间特性。

实验发现，随着（拉伸）残余应力的增加，渗透到一定深度（一定时间内）所需的应用负载减小，这与有限元模型测试结果（包括塑性和蠕变）相符。

本文主旨就是关于这种变化的灵敏度。

实验观察到，相对较小的残余应力变化（几十兆帕的顺序排列）能产生影响。

这种影响应通过他们对纳米反应的影响检测出。

鉴于这种技术在表征（平面）表层残余应力特别是点对点变化的映射（对应获得准确的绝对值）的潜力，这是令人鼓舞的。

与此相反，它表明残余应力水平变化产生的硬度变化更小且更难分析。

关键词：纳米压痕；有限元分析；残余应力；无损检测1.介绍一般（平面）残余应力会影响屈服和塑性应变性能，它的存在影响试样近表区压痕响应。

曾有人提出这些压力可运用纳米压痕技术检测和测量。

这是个吸引人的想法，因为它能让这样的残余应力以无损的方式得到快速测量，可能他们能在成分表面被映射—例如，在焊缝。

Tsui et al. [1]研究了纳米压痕技术通过强加弯矩产生的残余应力对硬度（H）和杨氏模量（E）值的影响。

正如预期的一样，实验数据表明E对残余应力并无依赖（测量接触面积修正后）。

但是修正后硬度也不受残余应力的影响，一般来说硬度是受影响的（假设他们有一个偏差分量）。

然而，他们的数据有一定的干扰性，这些实验里，针对对残余应力减小水平的敏感度很低。

其他组在应用残余应力下测到了硬度变化。

Tsui et al. [1]组表明，当堆积发生，传统硬度测量方法容易产生错误。

考虑到压头与试样的实际接触面积使得不确定因素增多，这的确是很有可能的。

事实上，任何依靠压头面积函数的分析都有这种局限—至少对表现明显堆积的材料压痕是这样。

随即的文献5，作者提出了相同的有限元模型（FEM）模拟，模拟表明，除大的（拉伸）残余应力的情况以外，硬度不受残余应力影响。

薄膜材料的力学行为和应力分析

薄膜材料的力学行为和应力分析薄膜材料是一种在实际生活中广泛应用的材料，它具有轻薄、柔软、透明等特点，被广泛应用于电子产品、光学器件、医疗器械等领域。

薄膜材料的力学行为和应力分析对于材料的设计和应用具有重要意义。

薄膜材料的力学行为是指在外力作用下，薄膜材料发生的形变和变形。

由于薄膜材料的厚度相对较小，所以其力学行为与传统的块体材料有所不同。

首先，薄膜材料的弯曲刚度较大，即在外力作用下，薄膜材料发生弯曲变形的能力较强。

其次，薄膜材料的拉伸和压缩性能较差，容易发生撕裂和破坏。

此外，薄膜材料的表面张力也会影响其力学行为，使其在表面上形成一定的应力分布。

对于薄膜材料的力学行为进行应力分析是十分重要的。

应力分析可以帮助我们了解薄膜材料在外力作用下的变形情况，从而指导材料的设计和应用。

在薄膜材料的应力分析中，常用的方法有力学模型法和有限元分析法。

力学模型法是一种基于物理原理和假设的分析方法。

通过建立适当的力学模型，可以计算出薄膜材料在不同应力状态下的应力分布和变形情况。

常用的力学模型有薄板理论、弹性薄膜理论等。

薄板理论假设薄膜材料在平面内的应力分布均匀，可以用平面应力或平面应变假设进行分析。

弹性薄膜理论则考虑了薄膜材料的弯曲和拉伸性能，可以更精确地描述薄膜材料的力学行为。

有限元分析法是一种数值计算方法，通过将薄膜材料划分为有限个小单元，建立数学模型，并利用计算机进行模拟计算，得到薄膜材料在不同应力状态下的应力分布和变形情况。

有限元分析法可以考虑薄膜材料的非线性和非均匀性，能够更精确地模拟和分析薄膜材料的力学行为。

在实际应用中，薄膜材料的力学行为和应力分析对于材料的设计和应用具有重要意义。

例如，在电子产品中，薄膜材料常用于制作柔性电路板和触摸屏等部件。

对于这些部件的设计和制造，需要考虑薄膜材料在外力作用下的弯曲和变形情况，以确保其正常工作和可靠性。

此外，在光学器件和医疗器械中，薄膜材料的力学行为和应力分析也会影响其光学性能和使用寿命。