مقاله بررسی پوشش های لایه نازک از منظر کاربرد خواص مکانیکی و روشهای اندازه گیری
| دسته بندی | مقاله |
| بازدید ها | 2 |
| فرمت فایل | doc |
| حجم فایل | 152 کیلو بایت |
| تعداد صفحات فایل | 30 |
دانلود مقاله پوشش‌های لایه نازک، کاربرد خواص مکانیکی و روشهای اندازه‌گیری در30 صفحه ورد قابل ویرایش
خواص مکانیکی لایه ها
ترکیب عمومی (طرح عمومی)
رفتار مکانیکی لایه ها از دو دیدگاه اصلی دارای اهمیت است. در اصل، مطالعه و فهمیدن چنین رفتارهایی میتواند منجر به درک بهتر ما از خواص تودة مواد شود. در عمل کار رضایت بخش بسیاری از قطعات لایه ای به شکل و ترتیب قرار گرفتن لایه های پایدار- که میتوانند در برابر تاثیرات محیط زیست تاب بیاورند- بستگی بحرانی دارد.
مانند خیلی از خواص دیگر لایه ها، خواص مکانیکی لایه ها هم به چند تایگی معمولی فاکتورهای وابسته در آماده سازی آنها بستگی دارد. به دلیل مشکلات تجربی و محدودیت های موجود در آزمایشها، اکثریت کار انجام شده روی خواص مکانیکی روی لایه های چند بلوری انجام گرفته و این به خاطر ساختار مختلط بیشتر لایه ها است. مطالعاتی دربارة برآراستی لایه ها انجام شده، اما طبیعت اندازه گیری دقیق، که مستلزم استخراج اطلاعات خواص مکانیکی است، و عدم قطعیت مشکلاتی را در این مطالعات ایجاد می‌کند.
بیشتر مطالعات انجام شده دربارة لایه های فلزی بوده اند و به مواد دی الکتریک که در قطعات الکتریکی و اپتیکی گوناگون اهمیت دارند نیز توجه شده است. اندازه گیری ها شامل فشار (تنش) و کرنش، خزش، رفتار قالب پذیری و نرمی، قدرت شکست و در پایین ترین سطح و کمترین حد شامل سختی میشوند. مدلهای تئوری گوناگونی پیشنهاد شده اند که اگرچه در این مرحله حتی در جزئیات با تجربه توافق دارند ولی آنها را در نظر نمی گیریم. با وجود این، یک اصول عمومی وجود دارند که به عنوان راهنما برای کارهای بعدی بکار گرفته میشوند.
وقتی لایه ها با تبخیر گرمایی، یا با تجربه بخار روی یک بستر گرمایی، شکل می گیرند، آنگاه اگر ضریب انبساط لایه ها و بستر گرمایی یکسان باشد وقتی سیستم تا دمای اتاق سرد می شود، یک فشار گرمایی ایجاد شده و پیشرفت می‌کند. این اثر- که در بسیاری از موارد اتفاق می افتد- خودش را به شکل جداسازی لایه ها از سطح به وضوح نشان میدهد. در حقیقت هنگامی که بستر گرمایی در دمای اتاق است، فشار گرمایی ذخیره شده در لایه های رسوبی رابا هیچ وسیله ای نمی توان آشکار کرد. دمایی که لایه ها در آن شکل می گیرند، از آنجایی که مفهوم بد تعریفی است، ممکن است با دمای بستر گرمایی تفاوت داشته باشد. مخصوصا وقتی که اتمهای چگالیده با یک سرعت بالای گرمایی وارد میشوند: اثر «دما»ی لایه های چگالیده به عاملهای تعادل که گرمای مادة چگال را کنترل می‌کنند بستگی دارد و این عاملها معمولاً به سختی قابل تشخیص هستند. قستمی از دمای سطح بستر گرمایی توسط تابشهای دریافت شده از منبع تعیین میشود و قسمتی از آن را گرمای نهانی که توسط لایه های چگالیده داده شده تعیین می‌کند. وقتی ضخامت لایه های فلزی افزایش پیدا می کند، کسر بزرگی از انرژی گرمایی که از بستر گرمایی تابش می کند ممکن است بازتابیده شود. بعلاوه وقتی ثابتهای اپتیکی لایه های بسیار نازک با ضخامت به سرعت (و اغلب با رفتاری بسیار پیچیده) تغییر می‌کنند این اثر به دشواری قابل تشخیص است. قبل از بحث کردن دربارة جزئیات این اثر، میپردازیم به روشهای تجربی ای که برای مطالعه خواص مکانیکی لایه های نازک به کار می روند.
2-5) تکنیک های تجربی
الف) اندازه گیری تنش و کرنش
اندازه گیری تنش (فشار) در لایه ها معمولاً با تکنیک باریکه- خمش انجام میشود. تکنیکی که در آن لایه ها روی یک باریکة مستطیلی نازک ته نشین شده و رسوب می‌کنند. در اندازه گیری انحرافهای کوچکی که در تداخل سنجی، ظرفیت و نظم و ترتیب الکترومکانیکی به کار گرفته شده رخ میدهد هر تغییری میتواند در روشها ایجاد شود. در بیشتر موارد حل عمومی برای خمش باریکة مرکب از دو ماده با خواص الاستیکی متفاوت، تا وقتی که ضخامت لایه در برابر ضخامت باریکه کم است، مورد نیاز نمی باشد.
اگر لایه ها به طور ثابتی مقید به بستر گرمایی باشند و اگر شارش نرم و قالب پذیری در سطح میانی به وجود نیاید آنگاه برای ضخامت باریکه (d) ، مدول یانگ (Y)، نسبت پواسون () و فشار (S) در ضخامت لایه (t) داریم:
(1-5)
وقتی که شعاع انحنای فشار باریکة اولیه، مستقیم فرض شود.
اندازه گیری مستقیم کرنش با متد بارگیری مستقیم علیرغم مشکلات زیادی که وابسته به زیاد شدن لایه ها است، بکار می رود. طرح یکی از سیستمهایی که استفاده میشود در شکل (1-5) نشان داده شده است (این طرح در اصل برای مطالعات تاره ها طراحی شده بود ولی بعدها برای کار لایه ها تعدیل شد).
شکل 1-5- دستگاه اندازه گیری تنش- کرنش
سیم لوله/ آهنربا فشار مشخصی را به لایه ها می رساند و کشیدگی لایه به وسیله ترانسفورماتور دیفرانسیلی گزارش میشود. در موارد دیگر، برای اندازه گیری کشیدگی های بسیار کوچک مشاهده شده از روشهای اپتیکی استفاده میشود در حالیکه روشهای معمولی از نوع بالا برای لایه های تقریباً ضخیم تر- در محدودة ضخامت 1/0 میکرومتر- بکار گرفته می شوند، و این به دلیل مشکلات شدید بررسی و مطالعه نمونه های نازک تر است. یک تناوب در روش بارگیری خطی این است که ببینیم کدام لایه ها در انتهای یک سیلندر زیاد شده است و توسط فشار دیفرانسیلی یک برآمدگی ایجاد کرده است. فریزهای تداخلی شکل گرفته شده بین لایه و سطح مرجع یک روش حساس را برای اندازه گیری پس زدن ایجاد می‌کند. در یک تقریب ناقص ممکن است فرض شود که لایه ها به صورت یک کلاهک کروی تغییر شکل پیدا می‌کند. اگر a شعاع لایه، T0 کشش لایه با تفاضل فشار صفر و شعاع انحنا برای فشار P استفاده شدهباشد آنگاه:
(2-5)
(3-5)
وقتی که t ضخامت لایه، Y مدول یانگ و نسبت پواسون باشد.
در حقیقت شکل سطح لایه ها نزدیک به سطح یک حرکت انتقالی درجه دوم است و یک اندازه بهتر از شعاع لایه با دو اندازه گیری از ارتفاع لایه در بالاتر از حد پایه بدست می آید، یکی در نقطه اوج و دیگری در ربع وتر (شکل 2-5).
فایل حاضر حاوی