具有金屬化層的基材與常見的涂層有不同的熱力學(xué)屬性，因此需要新的質(zhì)量和疲勞試驗(yàn)，以評估加載和高溫下的粘附和分層性能。等溫彎曲試驗(yàn)是一種快速、易于使用的質(zhì)量和疲勞試驗(yàn)，但缺乏雙軸應(yīng)力狀態(tài)。相較之，膨脹試驗(yàn)是表征薄膜特性的標(biāo)準(zhǔn)測試手段，可以獲得彈性數(shù)據(jù)、斷裂韌性和彈塑性數(shù)據(jù)。并且隨著更高溫度的使用場景和溫度敏感材料的使用，高溫膨脹測試儀也逐漸增多。不過，目前的膨脹測試儀主要用于靜態(tài)試驗(yàn)。

來自開姆尼茨工業(yè)大學(xué)和FraunhoferENAS的研究團(tuán)隊(duì)提出了一種用于動態(tài)特性測試的高溫膨脹測試儀。文章“Dynamical characterisation of a miniaturisedbulge tester for use at elevated temperatures”發(fā)表于“Thermal,Mechanical and Multiphysics Simulation and Experiments in Micro-Electronics andMicro-Systems EuroSimE”會議。

圖1. 熱膨脹測試儀系統(tǒng)構(gòu)成

文章提到的微型熱膨脹測試儀的系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。它的特點(diǎn)是由氣泵結(jié)合進(jìn)口和出口控制節(jié)流閥，產(chǎn)生位移控制的壓力；添加的加熱模塊支持在高達(dá)150°c的高溫下對薄膜進(jìn)行膨脹測試。通過底部的光學(xué)窗口，LED可以照亮薄膜的底部。上方的三個(gè)光學(xué)窗口分別安裝了視覺相機(jī)、紅外相機(jī)和光譜共焦位移傳感器，其中，光譜共焦位移傳感器用于測量薄膜的撓度數(shù)據(jù)。

圖2. 采用光譜共焦位移傳感器掃描測得的膨脹膜層，共20 × 20點(diǎn)。半徑r = 2 mm，厚度d = 1.25 μm。

如圖2所示為采用光譜共焦位移傳感器測量膨脹后的薄膜輪廓圖。位移臺在xy兩個(gè)方向上共掃描20x20個(gè)點(diǎn)，測量得到突起的膜層半徑為2mm。膜層的厚度則是通過離子鍍膜后在掃描電鏡下測量得到，為1.25 μm。

論文標(biāo)題：

Dynamical characterisation of a miniaturisedbulge tester for use at elevated temperatures