[发明专利]基于内聚力模型确定表征薄膜粘附性的复合参数的方法

摘要

本发明涉及一种基于内聚力模型确定表征薄膜粘附性的复合参数的方法，包括：利用界面之间的粘附力和界面相对位移的关系来表示薄膜和衬底间的粘附性，而界面之间的粘附力是随着材料界面的相对距离变化而变化的，建立指数型内聚力模型的势函数来表征出薄膜与衬底间的粘附情况；利用上述指数型内聚力模型作为薄膜衬底结构中薄膜衬底界面单元的本构模型，建立考虑界面粘附性的有限元模型，该模型包含薄膜和衬底两部分，并在薄膜和衬底间添加内聚单元；对复合参数进行界面粘附性敏感性分析，确定出关键参数。本发明可以简单方便地确定对界面粘附性敏感的关键参数。

主权项

1.一种基于内聚力模型确定表征薄膜粘附性的复合参数的方法，包括下列步骤：1)利用界面之间的粘附力和界面相对位移的关系来表示薄膜和衬底间的粘附性，而界面之间的粘附力是随着材料界面的相对距离变化而变化的，建立指数型内聚力模型的势函数φ(Δ)来表征出薄膜与衬底间的粘附情况：其中，Δ_n为法向界面分裂距离，Δ_t为切向界面分裂距离，σ_max为法向界面最大应力，δ_n为法向特征长度，对应于法向界面应力达到最大值σ_max时界面的分裂距离，为切向特征长度，对应于切向界面应力达到最大值τ_max时界面的分裂距离,δ_t即为切向界面应力达到最大值τ_max时界面的分裂距离的倍；2)利用上述指数型内聚力模型作为薄膜衬底结构中薄膜衬底界面单元的本构模型，建立考虑界面粘附性的有限元模型，该模型包含薄膜和衬底两部分，并在薄膜和衬底间添加内聚单元；3)对有限元模型施加固定的外力，固定δn和δt的取值，改变σmax的取值，观察薄膜与衬底间的粘附情况变化，观察结果为：薄膜粘附性是σmax的敏感参数且随着σmax的增大界面最大应力也随之增大，即随着σmax的增大薄膜粘附质量变好；4)对有限元模型施加同样的固定外力，固定σmax和δt的取值，改变δn的取值，观察薄膜与衬底间的粘附情况变化，观察结果为：薄膜粘附性是δn的敏感参数且随着δn的增大界面最大应力随之减小，即随着δn的增大薄膜粘附质量变差；5)对有限元模型施加同样的固定外力，固定σmax和δn的取值，改变δt的取值，观察薄膜与衬底间的粘附情况变化，观察结果为：薄膜粘附性是δt的不敏感参数，随着δt的变化界面最大应力不变，即δt的变化对薄膜粘附质量的影响不大；6)对复合参数σmax/δn进行界面粘附性敏感性分析，确定出关键参数：对有限元模型中的薄膜施加外力，在不同σmax/δn参数取值的情况下测量最大界面应力，分析结果为：当σmax和δn取不同的值而复合参数σmax/δn保持不变时，界面的最大应力值保持不变，即界面的粘附性水平相同；而当复合参数σmax/δn值增大时，界面的最大应力值也相应的增大，从而确定复合参数σmax/δn即为可以表征薄膜粘附性的关键参数。