CVD金刚石膜残余应力的数值模拟

摘要

本文以化学气相沉积法制备的金刚石膜中的残余热应力为研究对象，利用有限元方法对金刚石膜在沉积过程中产生的残余热应力的分布规律进行研究和数值模拟，并探讨了不同因素对金刚石膜残余热应力的影响。主要的研究工作如下：
　　1)采用有限元软件ANSYS建立了沉积过程中金刚石膜产生残余热应力的有限元模型，并根据实际制备条件进行调整，使模型更符合实际。
　　2)采用建立好的有限元模型，研究了基体温度、基体塑性行为、基体拐角形状、膜内不均匀初始温度场和膜/基界面形貌这些因素对金刚石膜的残余热应力的影响规律。研究结果表明：金刚石膜内的残余热应力沿径向是不均匀分布的，并且在侧边金刚石膜部分应力会有突变；随着金刚石膜/基系统中基体温度的提高，各残余热应力分量的大小也有不同程度的提高；基体塑性变形能释放一部分的残余热应力；不同基体拐角形状能影响膜内残余热应力的分布和大小，带圆弧的拐角可以有效的解决拐角处应力集中的问题；膜内不均匀初始温度场和界面形貌对膜内的残余热应力影响程度较大。
　　3)在分析了以上因素影响的基础上，针对性的提出工艺上的改进措施：应将基体温度控制在一定的范围内，在沉积金刚石膜前，应尽可能降低基体表面的波峰以便提高金刚石膜的成品率，并将基体拐角打磨成带有一定弧度的圆弧状。