微桥法基体裂纹的线性模型及薄膜断裂应变测试

摘要

薄膜断裂韧性测试方法的有效性取决于薄膜断裂应力和应变的精确测量。采用高分辨扫描电镜对微桥法单晶硅片基体紧凑拉伸测试样品在测试过程中的基体裂纹张开量进行考察,发现基体裂纹尾部张开量(δ_(s1))在9~35μm的范围内,与止裂孔边缘基体裂纹张开量(δ_(s2))存在良好的线性关系。该试验结果表明存在一个位置恒定不变的虚拟裂纹尖端,使得基体裂纹张开量遵循线性关系。基于该基体裂纹张开量的线性模型,可通过基体裂纹尾部张开量δ_(s1)的测量来间接获得薄膜的拉伸应变,进而计算薄膜在单轴拉伸和弯矩作用下的断裂韧性。对CuZr非晶合金薄膜的标准化测试结果表明,薄膜断裂韧性KIC在1.08~1.70 MPa·m^(1/2)的范围内变化,且与薄膜预制裂纹长度a/W存在一定的相关性,可能与非晶合金薄膜的应变软化机制有关。