东南大学材料科学与工程
实验报告
学生姓名 徐佳乐 班级学号 12011421 实验日期 2014/9/2 批改教师 课程名称 电子信息材料大型实验 批改日期 实验名称 薄膜结合力性能测试 报告成绩
一、 实验目的
1、 掌握薄膜/涂层结合力评价原理和方法；
2、 了解划痕仪操作技术。
二、 实验原理
任何薄膜要发挥其功能的前提是附着强度的高低。附着强度不高的薄
膜，谈论其它质量指标是没有意义的，因此涂层附着力强度是薄膜性能的重要指标。
划痕试验用具有光滑圆锥顶尖的划针，在逐渐增加载荷下刻画涂层表
面，直至涂层被破坏，涂层破坏时所加的载荷称为临界载荷，并以此作为涂层与基体附着强度的度量。
三、 实验内容及步骤
测量不同参数下TiN 的结合力
（1）打开仪器控制箱电源，此时控制箱电源灯亮。预热五分钟。
（2）调整载荷零点：主控箱预热后，逆时针旋转主机加载螺杆，使加
载梁前端离开载荷传感器球支点。调整仪器控制箱载荷调零旋钮，使屏幕主控窗口右上方载荷文本框中数值显示为“0”，然后再顺时针旋转加载螺杆使载荷文本框中数值显示为“0.01”,此时划痕压头刚好触及试样表面。
（3）设定加载速率10N/min和划痕速度2mm/min。
（4）点击测量按钮，计算机控制系统同时启动连续加载和被测样品平
移。获得划痕过程中变化的载荷值和样品表面涂层破损剥落时产生的声发射信号，并显示声发射信号与载荷变化的对应曲线。
（5）保存曲线，判断临界载荷，用体视显微镜观察确定。
四、 实验结果及分析
样品：TiAlCN 薄膜
试验1
加载载荷：30N
加载速率：10N/min
划痕速度 ：2mm/min
划痕长度：5mm
从曲线中可以明显看出薄膜在载荷为17.5N 开始破损剥落，并且载荷
越大薄膜破损程度也越大。当载荷超过28N 后，曲线峰值开始下降，这说明划针开始接触到基底。因为基底硬度大，没有剥落，所以声信号减弱。
此薄膜的临界载荷为17.5N 。在17.5N 之前的声信号可能是薄膜表面
不平整导致部分薄膜被剥落，所以剥落程度很小。
试验2
加载载荷：40N
加载速率：15N/min
划痕速度：2mm/min
划痕长度：6mm
第二次试验同样是之前的样品，但是改变了试验参数，加大了载荷、
加载速度和划痕长度。从23N 开始声信号开始突然增大，38N 开始下降。因为此试验是一个微区测试试验，镀膜时没有控制好膜的均匀性会导致膜表面不同部位性能各异，所以实验二结果为薄膜临界载荷23N 与实验一结果不同。
虽然试验结果不同，但两次试验还是有共性的。在临界载荷前，都会
产生微弱的声信号，不过第二次的信号更不稳定，可能是因为加载速度过大划针在膜表面运动时不稳定导致。
五、 思考题
1．实验中如发现曲线上出现异常信号，如何辨认其反应的信息？
答：如果异常信号在临界载荷之前产生且信号强度不大，可能是因为膜表面的杂质或膜不均匀或划针振动导致。如果异常信号强度很大，可能是膜表面有质地较硬的杂质或划针已经到达衬底且衬底开始破损。
东南大学材料科学与工程
实验报告
学生姓名 徐佳乐 班级学号 12011421 实验日期 2014/9/2 批改教师 课程名称 电子信息材料大型实验 批改日期 实验名称 薄膜结合力性能测试 报告成绩
一、 实验目的
1、 掌握薄膜/涂层结合力评价原理和方法；
2、 了解划痕仪操作技术。
二、 实验原理
任何薄膜要发挥其功能的前提是附着强度的高低。附着强度不高的薄
膜，谈论其它质量指标是没有意义的，因此涂层附着力强度是薄膜性能的重要指标。
划痕试验用具有光滑圆锥顶尖的划针，在逐渐增加载荷下刻画涂层表
面，直至涂层被破坏，涂层破坏时所加的载荷称为临界载荷，并以此作为涂层与基体附着强度的度量。
三、 实验内容及步骤
测量不同参数下TiN 的结合力
（1）打开仪器控制箱电源，此时控制箱电源灯亮。预热五分钟。
（2）调整载荷零点：主控箱预热后，逆时针旋转主机加载螺杆，使加
载梁前端离开载荷传感器球支点。调整仪器控制箱载荷调零旋钮，使屏幕主控窗口右上方载荷文本框中数值显示为“0”，然后再顺时针旋转加载螺杆使载荷文本框中数值显示为“0.01”,此时划痕压头刚好触及试样表面。
（3）设定加载速率10N/min和划痕速度2mm/min。
（4）点击测量按钮，计算机控制系统同时启动连续加载和被测样品平
移。获得划痕过程中变化的载荷值和样品表面涂层破损剥落时产生的声发射信号，并显示声发射信号与载荷变化的对应曲线。
（5）保存曲线，判断临界载荷，用体视显微镜观察确定。
四、 实验结果及分析
样品：TiAlCN 薄膜
试验1
加载载荷：30N
加载速率：10N/min
划痕速度 ：2mm/min
划痕长度：5mm
从曲线中可以明显看出薄膜在载荷为17.5N 开始破损剥落，并且载荷
越大薄膜破损程度也越大。当载荷超过28N 后，曲线峰值开始下降，这说明划针开始接触到基底。因为基底硬度大，没有剥落，所以声信号减弱。
此薄膜的临界载荷为17.5N 。在17.5N 之前的声信号可能是薄膜表面
不平整导致部分薄膜被剥落，所以剥落程度很小。
试验2
加载载荷：40N
加载速率：15N/min
划痕速度：2mm/min
划痕长度：6mm
第二次试验同样是之前的样品，但是改变了试验参数，加大了载荷、
加载速度和划痕长度。从23N 开始声信号开始突然增大，38N 开始下降。因为此试验是一个微区测试试验，镀膜时没有控制好膜的均匀性会导致膜表面不同部位性能各异，所以实验二结果为薄膜临界载荷23N 与实验一结果不同。
虽然试验结果不同，但两次试验还是有共性的。在临界载荷前，都会
产生微弱的声信号，不过第二次的信号更不稳定，可能是因为加载速度过大划针在膜表面运动时不稳定导致。
五、 思考题
1．实验中如发现曲线上出现异常信号，如何辨认其反应的信息？
答：如果异常信号在临界载荷之前产生且信号强度不大，可能是因为膜表面的杂质或膜不均匀或划针振动导致。如果异常信号强度很大，可能是膜表面有质地较硬的杂质或划针已经到达衬底且衬底开始破损。