力-環境耦合下脆性薄膜失效機理研究

《力-環境耦合下脆性薄膜失效機理研究》是依託北京科技大學，由龐曉露擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：力-環境耦合下脆性薄膜失效機理研究
• 依託單位：北京科技大學
• 項目負責人：龐曉露
• 項目類別：面上項目

項目摘要

近年來高、精、尖電子信息器件及重大儀器裝備對薄膜材料的需求與日俱增，進而對其壽命及可靠性提出了更高要求。應力-環境多因素耦合作用是薄膜失效的重要原因，但國內外相關研究還不夠深入，尤其是微、納或原子尺度上的原位觀察研究更少，而這恰恰是揭示薄膜材料失效機制的關鍵。本申請將通過納米壓痕、原子力顯微鏡和聚焦離子束技術,對多因素耦合下表面和界面斷裂失效行為及機理進行微納尺度下的原位觀察研究，擬達到如下目標: 1、弄清不同溫度下水分子在裂紋尖端、膜基界面的活化作用；2、弄清內應力、外載入荷狀態（拉、壓）和水平（高、低）對薄膜裂紋形核、擴展的影響；3、確定應力-環境多因素耦合作用促進脆性薄膜表面和界面裂紋形核、擴展的規律及其關鍵影響因素； 4、觀察不同環境下膜層裂紋對基體造成的損傷；5、清楚闡述應力-環境耦合下脆性薄膜失效的規律和機理。

結題摘要

本項目系統、深入研究了力-環境耦合下脆性薄膜失效的規律和機理。首先，設計出膜-基體系三點彎曲實驗裝置和實驗方法，在同一個試樣上同時實現不同應力大小的拉、壓應力狀態，為研究力-環境耦合下脆性薄膜失效提供高效、快捷的實驗手段，並研究了壓應力開裂及材料彈性參數對壓應力開裂的影響規律和機理，進一步豐富和完善了脆性薄膜開裂的規律和機理，使壓應力下薄膜材料開裂引起國內外重視；其次，在國際上首次提出膜致韌性基體的脆性開裂，並給出實驗證明和理論推導，給出膜致韌性基體開裂損傷程度的定量計算，將理論研究成功套用於指導工程實踐，創造了巨大的經濟和社會效益。第三，研究確認膜層中應力梯度的存在，並研究外加應力（應變）條件下應力梯度的原位演化過程，揭示膜-基體系中膜層開裂本質因素演化的清晰圖像和數理邏輯，為膜-基體系設計及使役可靠性提供強有力支撐。最後，嘗試了表面硬質膜層對鈦合金耐磨性及膜層開裂引起的表面損傷對鈦合金耐疲勞性能的影響規律研究。在該基金支持下累計發表論文17篇,其中SCI收錄15篇，申請專利4項，其中已授權2項。培養博士研究生4名，其中已經畢業1名；碩士研究生5名，其中已經畢業3名，2名繼續攻讀博士學位。研究成果獲“中國腐蝕與防護學會科技進步一等獎（網上公示中）”本項目負責人排名第二。