薄膜材料微观力学行为的有限元分析

蔡王旬, 周平南, 杨晓豫 (上海交通大学, 上海 200030)

摘要:采用有限元法对材料表面改性层和薄膜材料在显微压入过程中的力学行为进行了计算机模拟。
从所得的载荷与压入深度的关系曲线、压痕周围应力、应变场的大小和形状分布曲线等为依据,对在
超显微硬度测试中基底材料及界面层的影响进行了详细的讨论,并得出:为排除基底材料的影响,通常
规定压入深度(D)不得超过膜厚(t)的10～20%的规则并不适用于所有薄膜系统。测试时,允许的D/t
的临界比值将随薄膜系统不同而异。对软膜硬基底系统而言,由于压头下的塑性应变区更多的是沿膜
层的横向扩展,故Dc/t允许大于上述规定值,而对硬膜软 基底系统而言,则由于压头下的塑性应变区
很容易扩展到基底材料中去,其Dc/t值将小于上述规定值。
关键词：薄膜材料;压入过程;临界载荷计算机模拟