一种多功能薄膜力学性能检测装置

摘要

本发明公开了一种多功能薄膜力学性能检测装置，该装置包括样品台、用于向薄膜样品施加压力的加载机构、用于检测薄膜样品所受压力和变形的测量机构以及计算机。本装置采用数字散斑相关方法测量薄膜变形，结合鼓泡法和改良移层法这两种力学测试方法，可以方便、快捷而且精确地测量压力-变形曲线或者腐蚀厚度-变形曲线，根据相应理论模型提取获得薄膜与涂层的力学性能，适用于各种弹塑性体系的工具膜，装饰膜，高分子膜及其他类型薄膜力学性能的测定。

主权项

一种多功能薄膜力学性能检测装置，其特征在于，包括放置薄膜样品的样品台、用于向薄膜样品施加压力的加载机构、用于检测薄膜样品压力和变形的测量机构以及计算机；所述的加载机构包括步进电机、活塞和油腔；所述的步进电机驱动活塞；所述的油腔一侧与活塞连接，另一侧与薄膜样品连接；所述加载机构安装于所述样品台的下方；在油腔内安有弹簧；所述的样品台是加工有内螺纹的钢制圆环；所述的测量机构包括数据处理卡、安装于油腔内的压力传感器、安装于薄膜样品上方的用于检测薄膜变形的光学散斑检测装置，所述的压力传感器和光学散斑检测装置与数据处理卡连接，所述数据处理卡与所述的计算机连接；薄膜的残余应力σx的求取方法如下：采用公式： A 11 A 12 A 21 A 22 ϵ x 0 C = - l σ x ( z ) H 2 l σ x ( z ) ; 其中： A 11 = H - h 1 - v s E s + h - l 1 - v c E c ; A 12 = 1 2 [ E s 1 - v s ( h 2 - Hh ) + E c 1 - v c ( ( H 2 - l ) 2 - ( H 2 - h ) 2 ) ] ; A 21 = l 2 A 11 + A 12 ; A 22 = 1 3 { E s 1 - v s [ ( H 2 - h ) 3 - ( H 2 ) 3 ] + E c 1 - v c [ ( H 2 - l ) 3 - ( H 2 - h ) 3 ] } + l 2 A 12 ; E为杨氏模量，υ为泊松比，用下标s表示基底的材料参数，下标c表示膜的材料参数，实验样品的整个厚度H与膜厚h是由测量得到，移去层的厚度1获取方法为：用电位测厚仪测量样品的原始膜厚和移去层之后的残余膜厚，两者相减得到移去层的厚度，εx0是中平面即z＝0处的应变，σx为x轴方向的残余应力，C是悬臂梁的曲率；在线性方程组中，未知的参量只有εx0，C和σx三个，只要通过实验手段得到其中的任何一个未知量的值，都可以利用上面的线性方程求解得到余下的两个变量的值；C通过数字散斑相关方法测得试样自由端变形前后的离面位移后间接求得，进而根据公式 A 11 A 12 A 21 A 22 ϵ x 0 C = - l σ x ( z ) H 2 l σ x ( z ) 求出σx；所述的光学散斑检测装置包括光源、制斑部件、第一远心镜头、第二远心镜头和CCD摄像头；所述的CCD摄像头与所述的数据处理卡连接；所述的光源、制斑部件、第一远心镜头依次连接处于发送光路中，所述的第二远心镜头和CCD摄像头处于接收光路中。