内部応力とPVD真空コーティングの測定

- Jun 04, 2018-


1.内部ストレスとは何ですか?

 

外的要因(応力、湿度等)により対象物が変形すると、対象物内で内力が相互作用して外的要因の影響を受けずに変形した位置から対象物を復元しようとする変形前の位置。 調査した断面の一点における単位面積あたりの内部力は応力と呼ばれます。 同じ断面に対する垂線は正の応力または法線応力と呼ばれ、断面に接するものはせん断応力と呼ばれます。 応力は外力の増加とともに増加する。 特定の材料の場合、応力の増加は限られており、材料はこの限界を超えて破壊されなければならない。 ストレスに達する限界は、材料の極限ストレスと呼ばれます。 最終的な応力値は、材料の機械的試験によって決定される。 測定された最終的な応力を適切に低減して、材料が安全に働くことができる最大応力、すなわち許容応力を特定する。 材料を安全に使用する場合、材料のストレスはその最終的なストレスよりも低くなければなりません。 さもなければ、材料は破壊されるでしょう。

 

内部応力と呼ばれるストレスがあります。つまり、外的な力がないと、物体の内部応力です。 PVDコーティングには内部応力があり、内部応力は非常に有害であるため、製造時に内部応力の大きさと程度を把握する必要があります。 PVDコーティングの主な用途は、一定の厚さと耐用年数を必要とする耐摩耗性保護フィルムですが、コーティングの内部応力によってコーティングの厚さが制限されます。 内部応力による単位体積当たりの弾性エネルギーが単位面積当たりの破壊エネルギーを超えると、コーティングが剥離して、堆積したコーティングの厚さが制限される。 一般に、コーティングの内部応力、弾性率および硬度は、互いに直接的に比例する。 したがって、製造プロセス中、コーティングの応力、特に内部応力は、物理蒸着プロセス条件によって制御されるべきである。 プロセス後、コーティングの内部応力を検出して、許容範囲内にあることを保証する必要があります。

 


2.ストレス試験方法

 

応力試験法は、主にX線及び電子回折法、試料変形解析法及び 光干渉法

 

◆X線・電子線回折法

コーティングが応力を受けると、その結晶格子が歪み、格子定数が変化する。 したがって、格子定数の回折線幅の変動は、X線回折法および電子回折法により測定することができ、ある種の式に従って被膜の応力を計算することができる。

 

サンプル変形解析手法

非常に薄い矩形のガラス片の一端は、コーティング装置の真空チャンバ内に固定され、次いでシートの表面上にコーティングされ、コーティングの応力はシートの自由端を変形させる。 シートの自由端の変位を望遠測定顕微鏡で測定し、次に材料の機械式に従って被膜の応力を計算する。

 

光干渉法

最初に、干渉計によって標準平板と未コーティング基板との間の干渉縞を測定する。 次いで、コーティングが基材上に適用され、基材表面はコーティング応力によって変形される。 次に、標準平板と被覆された基板との間の干渉縞が干渉計上で測定される。 干渉縞の変化に応じて、材料の機械式によって被覆応力を計算することができる。