薄膜基本知识.doc

膜是什么？新华字典：膜：动植物体内象薄皮的组织；象膜的薄皮。这种解释“膜”就是薄皮，因此又有薄膜之说，我们所要探讨的特指薄膜。至于其他的膜种比如耳膜、骨膜、肋膜由医学界研究，还有敏感部位与节操有关的膜大部分被腐败的领导们研究了，在此也不做赘述。薄膜又是什么呢？薄膜科学与技术：膜是两个几何学平行平面向所夹的物质。薄膜多数是由一个个的原子以无规则的方式射到平整表面上，并使其凝结而形成的，在薄膜形成的初期，由于原子的表面迁移、生核等，从徽观上，所得到的物质多数为是丘陵似的岛状结构，在这种状态下从宏观上可看作是各向同性且均匀，这种物质即为薄膜。通俗讲薄膜就是贴皮：A物质（可以多种构成）以原子或离子态附着在B物质上，且A物质同时满足以下几个条件：薄、匀、牢、密，各种涂层形成的表面都可以叫做薄膜。多薄才可以叫薄膜呢？木有严格定义，一般来说应该比B物质薄、不影响B物质使用且能够起保护作用或提高B物质功能属性。薄膜起什么作用？首先是保护，薄膜附着在机体上，可以首先磨损薄膜，防腐蚀耐磨损；其次是改性，使原来的物质具备薄膜的物理属性：提高硬度、提高耐高温能力、降低摩擦系数；第三改变颜色，使机体更炫更美。薄膜的物理属性有哪些？1、 有一定的厚度，无论多薄的膜，都有一定的厚度；2、 薄膜有一定的致密性，孔隙率越小致密性越大，膜的质量月好；3、 有一定的硬度，根据使用要求不同，薄膜应该满足相应的硬度需求，由于薄膜的构成和制备工艺不同硬度也千差万别；4、 有一定的结合力，薄膜和机体的结合力应该满足使用要求；其结合力的强度决定于薄膜的构成和制备工艺；5、 薄膜有特定的色泽，薄膜成分不同会产生万紫千红、色彩斑斓的表面颜色，根据需求选择适合的元素搭配。薄膜有哪些分类？致密性薄膜从大类上可分为装饰膜和功能膜两种。功能膜又可以分成硬膜和润滑膜。如何测量膜的硬度？硬度是材料抵抗异物压入的能力，是材料多种力学性能的综合表现。通常的硬度计都是通过压痕尺寸检测来计算硬度的。一般硬度计的压痕较深，通常为几百微米，远远超过了常用PVD镀层的厚度。因此，尽管硬度是一种宏观的力学性能，但PVD镀层只能用显微硬度计测量。显微硬度试验中，可以采用维氏硬度和努氏硬度压头，然后再根据不同的计算公式求得维氏硬度或努氏硬度。如何测量膜的厚度？膜层的厚度往往会影响工件的耐蚀性，耐磨性、装配性以及成本等多项功能和效益。膜层测厚方法，习惯上分为无损法和破坏性法两大类。无损测厚法有磁性法、涡流法、日射线背散射线、X射线分光法、双光束显微镜法、机械量具法等。破坏性测厚法有库仑法、金相显微镜法、溶解法、轮廓仪法、多光束干涉仪法、计时液流法、点滴法等。这里只介绍适用于测量PVD薄膜镀层厚度的破坏性测厚法一一轮廓仪法和干涉仪法、球痕法等。轮廓仪法和干涉仪法的共同特点是必须先做出台阶，再测量台阶的高度，台阶的高度就是膜层的厚度。在沉积工件时安放随炉试样，试样装炉前，设法将试样遮挡住一部分。沉积后，在试样上沉积了膜层和未沉积膜层的交界处会出现台阶。用轮廓仪可测出台阶的高度，也可以用干涉显微镜进行测量，在台阶处，干涉条纹会出现错位。每相错一个干涉条纹，其厚度差为o . 27p.m，根据样品上干涉条纹错位的条数可以推算出膜层的厚度。如果不是相错整数条纹，可以通过干涉显微镜上的轮毅进行微调，求出精确的厚度数据。在以上两种通过台阶测出膜层厚度的方法中，干涉显微镜的价格低廉。但都需要做出锐利的台阶，否则测量不准确。球痕法和球面法都是中华人民共和国国家标准中，关于物理气相沉积薄膜技术条件中规定的测试方法。共同特点是必须经过研磨。虽然不需要将测试件破坏，但测试后，被测试件上出现凹坑，也不能再作为合格品。下面单独列出国标的测试方法。(1) 球痕法的测试方法是用一个半径为R的钢球，研磨沉积了膜层的工件表面，获得球痕，其断口为一凹坑。根据公式可以计算出膜层的厚度。(2) 球面法也是物理气相沉积薄膜技术条件中规定的方法，由于不经常用，在此不予介绍。如何测量膜的结合强度？结合强度是任何膜层发挥其防蚀、装饰及其他功能的前提。结合强度不好的膜层，谈论其他质量指标是没有意义的。因此，膜层结合强度的检验，是膜层制备供需双方首先关注的问题。PVD沉积所获得的薄膜与工件(基片)经常属于完全不同的材料。在薄膜与工件之间，可 能是单纯的物理附着关系，但也可能存在很强的化学键合关系，薄膜沉积过程可能是在较低的温度下进行，也可能是在较高的温度下进行，它会涉及各种各样的非平衡的物理和化学过程。因此与薄膜材料的应用密切相关的两个问题是膜层的结合强度和膜层的应力。膜层的结合强度指的是薄膜对基片的带着能力的大小，将薄膜从基片上脱离所需要的外力或能量的大小就代表了薄膜与基片之间的附着力的高低。一般称膜一基结合力或结合强度，也称附着力。常用的检验膜层结合强度的主要方法有摩擦抛光试验、钢球滚光试验、铿刀试验、剥离试验、弯曲试验、拉力试验、阴极试验等。对于PVD膜层来说，膜层结合强度的测试方法主要有划痕试验法、胶带剥离法、画线画格后急热急冷热循环试验法等。划痕试验法：测量薄膜层结合强度的主要困难在于很难实现仪器构件与膜层间的牢固连接，以便把膜层与基体分开。而划痕试验法却巧妙地回避了这一连接问题。它用一个加有载荷的光滑的圆球状的针尖来刻划膜层表面，逐渐增加载荷，直到膜层被完全划掉留下清晰的沟槽。这时的载荷称为临界载荷，它被认为是膜层和基体间结合强度的度量。后来有人对这个方法做了定量分析，由临界载荷、划痕宽度、划针尖端半径和基体的强度，计算出移去膜层所需的剪切应力，即结合强度。胶带剥离法：将具有一定黏着力的胶带粘到薄膜表面，在剥离胶带的同时，观察薄膜从基底上被剥离的难易程度。一般玻璃基片镀膜后，多采用此种方法测试膜层的结合强