残余应力对膜基结构裂纹萌生及填充演化影响的实验研究

• 作者: 王琦 李林安 李军 李传崴 王志勇 王世斌 曾炎涛
• 来源期刊: 实验力学
• 关键词: 膜基结构 残余应力 预加载 裂纹萌生 裂纹填充
• 年，卷（期）: 2021,（4）
• 页码范围: 440-450
• 页数: 11页
• 分类号: O348
• 语种: 中文
• DOI: 10.7520/1001-4888-21-055

摘要

聚合物基底-薄膜结构被广泛应用于光电医疗、食品生物等领域.但是,在镀膜的过程中往往会因薄膜和基底之间的热膨胀性能差异、晶格失配等因素,在构件中产生残余应力,从而影响使用寿命和耐用性.为此,本文建立了考虑残余应力的单层膜基结构二维弹性应力分析模型,应用强度准则和能量准则两个判据分析裂纹的萌生及填充过程,并提出了一种在被施加预应力的基底上进行磁控溅射镀膜的预加载来模拟残余应力的实验方法.在125μm聚酰亚胺基底上沉积100nm铬膜制成膜基结构试件,对存在压缩应力的膜基结构进行单轴拉伸损伤实验,探究了残余应力对裂纹萌生和填充演化的影响.研究表明,残余压应力的大小与起裂时基底的应变值近似成线性关系,残余压应力越大对应的临界拉伸载荷越大;当拉伸应变较小时,残余压应力越大的薄膜中的裂纹间距越大;在描述裂纹填充演化过程中裂纹间距的变化时,强度准则比能量准则更接近实验测量的结果.