薄膜压痕的三维效应研究

压痕实验在分析评价薄膜的力学特性以及界面结合特性方面起着非常重要的作用，然而通过压痕实验获得的薄膜以及界面材料参数通常具有强烈的"尺寸效应"，使得从载荷-位移曲线到材料参数的反问题求解变得异常复杂和困难。本申请项目拟在已有实验的基础上，采用内聚力模型、三维断裂力学和有限元法相结合的方法来研究压痕和界面裂纹扩展以及薄膜断裂的三维尺寸效应，揭示压痕三维应力应变场和各材料属性"尺寸效应"之间的关系，建立相应的数学力学模型，从理论上建立起基于三维应力应变场来表征"尺寸效应"的方法，并据此消除"尺寸效应"，实现从任意一条载荷-位移曲线获得薄膜或界面的无尺寸效应的统一的材料参数。并将离面和面内约束参数引入内聚力模型来考虑界面强度的三维效应，发展更加精确的界面内聚力模型。本研究将拓展现有的宏观力学以及三维断裂力学在薄膜研究中的应用范围，为分析和评定微机电器件和系统的工作可靠性提供理论和技术支持。