基于FIB/SEM双束系统的原位、实时观测三点弯曲薄膜测试方法

目的 需要直接测量薄膜的极限形变这一关键参数,来评价某种薄膜在一定服役载荷下的某种基体表面是否能胜任.方法 借助聚焦离子束显微镜/扫描电子显微镜(FIB/SEM)双束显微分析测试系统,提出了一种在微米尺度下、原位进行三点弯曲薄膜测试的方法,同时可以进行实时观测与分析记录.之后,使用磁控溅射技术制备了具有强择优晶体生长取向的CrN薄膜和Cr/CrN多层薄膜,并使用上述三点弯曲测试方法对这两种薄膜进行了弯曲测试.结果 CrN薄膜的极限形变量为(1.8±0.1)％,且其在原位三点弯曲试验中断裂前的变形类型为纯弹性形变,而不是塑性形变或者弹性/塑性混合形变.而Cr/CrN多层薄膜的极限形变达到了9.1％,是纯CrN薄膜的5倍,且对"预裂纹"等缺陷不敏感.结论 将此测试方法与在微米尺度使用FIB测量薄膜残余应力的方法相结合,将可以有效地评估多种薄膜的形变能力及形变特性.所获得的薄膜相关性能数据,对于针对不同基体、不同使用工况(如不同的表面受力状态、变形状态等)的薄膜体系或结构的选择与设计,具有很好的指导意义.