杜　军，王　尧，朱晓莹

(装甲兵工程学院 再制造技术国家重点实验室，北京 100072)



气相沉积硬质薄膜韧性评价方法
——压入法

杜军，王尧，朱晓莹

(装甲兵工程学院 再制造技术国家重点实验室，北京 100072)

摘要:评价气相沉积硬质薄膜的韧性具有重要的工程意义. 本文讨论了压入法评价硬质薄膜韧性的原理、 方法和参数选择. 压入法的原理是载荷导致裂纹形核、 扩展，最终形成压痕周围的径向裂纹，而断裂韧性和裂纹之间存在对应关系. 压入法的方法是比较压痕形貌特征，其主要影响因素有基体和载荷. 对于韧性基体(如金属)，小载荷时硬质薄膜与金属同步塑性变形； 大载荷下薄膜破裂，但这种情况可能是结合失效破裂，并不反映薄膜的韧性. 对于脆性基体(如硅片)，小载荷时裂纹会在Si片中形核，并扩展到薄膜中，形成压痕对角线径向裂纹； 大载荷时薄膜会严重破裂. 定量评价薄膜韧性时，一般采用硬质薄膜/Si片体系，以0.98～9.8 N载荷压入脆性基体，采用纳米压入仪测定薄膜的硬度和弹性模量，采用显微镜测量径向裂纹的长度，利用Lawn公式计算得到断裂韧性值.

关键词:气相沉积； 硬质薄膜； 断裂韧性； 压入法

利用气相沉积技术沉积硬质薄膜，可提高刀具和模具的耐磨、 耐冲蚀、 耐腐蚀等表面性能. 提高硬度是硬质薄膜的早期追求目标. 由于氮化物、 氧化物、 碳化物等陶瓷材料具有较高的硬度，所以在金属表面沉积一层陶瓷薄膜可以提高硬度. 最常见的是过渡族金属氮化物氮化钛(TiN). 为了进一步提高硬度，研究者做了大量工作. 从硬质薄膜的成分考虑，添加其他合金元素组成三元(如TiAlN[1])、 多元(如CrTiAlN[2])化合物薄膜；……