پوشش‌های لایه نازك، كاربرد خواص مكانیكی و روش‌های اندازه‌گیری

خواص مكانیكی لایه ها

تركیب عمومی (طرح عمومی)

رفتار مكانیكی لایه ها از دو دیدگاه اصلی دارای اهمیت است. در اصل،‌ مطالعه و فهمیدن چنین رفتارهایی می‎تواند منجر به درك بهتر ما از خواص تودة مواد شود. در عمل كار رضایت بخش بسیاری از قطعات لایه ای به شكل و ترتیب قرار گرفتن لایه های پایدار- كه می‎توانند در برابر تاثیرات محیط زیست تاب بیاورند- بستگی بحرانی دارد.

مانند خیلی از خواص دیگر لایه ها، خواص مكانیكی لایه ها هم به چند تایگی معمولی فاكتورهای وابسته در آماده سازی آنها بستگی دارد. به دلیل مشكلات تجربی و محدودیت های موجود در آزمایشها، اكثریت كار انجام شده روی خواص مكانیكی روی لایه های چند بلوری انجام گرفته و این به خاطر ساختار مختلط بیشتر لایه ها است. مطالعاتی دربارة برآراستی لایه ها انجام شده، اما طبیعت اندازه گیری دقیق،‌ كه مستلزم استخراج اطلاعات خواص مكانیكی است،‌ و عدم قطعیت مشكلاتی را در این مطالعات ایجاد می‌كند.

بیشتر مطالعات انجام شده دربارة لایه های فلزی بوده اند و به مواد دی الكتریك كه در قطعات الكتریكی و اپتیكی گوناگون اهمیت دارند نیز توجه شده است. اندازه گیری ها شامل فشار (تنش) و كرنش، خزش، رفتار قالب پذیری و نرمی، قدرت شكست و در پایین ترین سطح و كمترین حد شامل سختی می‎شوند. مدلهای تئوری گوناگونی پیشنهاد شده اند كه اگرچه در این مرحله حتی در جزئیات با تجربه توافق دارند ولی آنها را در نظر نمی گیریم. با وجود این، یك اصول عمومی وجود دارند كه به عنوان راهنما برای كارهای بعدی بكار گرفته می‎شوند.

وقتی لایه ها با تبخیر گرمایی، یا با تجربه بخار روی یك بستر گرمایی، شكل می گیرند، آنگاه اگر ضریب انبساط لایه ها و بستر گرمایی یكسان باشد وقتی سیستم تا دمای اتاق سرد می شود، یك فشار گرمایی ایجاد شده و پیشرفت می‌كند. این اثر- كه در بسیاری از موارد اتفاق می افتد- خودش را به شكل جداسازی لایه ها از سطح به وضوح نشان می‎دهد. در حقیقت هنگامی كه بستر گرمایی در دمای اتاق است، فشار گرمایی ذخیره شده در لایه های رسوبی رابا هیچ وسیله ای نمی توان آشكار كرد. دمایی كه لایه ها در آن شكل می گیرند، از آنجایی كه مفهوم بد تعریفی است، ممكن است با دمای بستر گرمایی تفاوت داشته باشد. مخصوصا وقتی كه اتمهای چگالیده با یك سرعت بالای گرمایی وارد می‎شوند: اثر «دما»ی لایه های چگالیده به عاملهای تعادل كه گرمای مادة چگال را كنترل می‌كنند بستگی دارد و این عاملها معمولاً به سختی قابل تشخیص هستند. قستمی از دمای سطح بستر گرمایی توسط تابشهای دریافت شده از منبع تعیین می‎شود و قسمتی از آن را گرمای نهانی كه توسط لایه های چگالیده داده شده تعیین می‌كند. وقتی ضخامت لایه های فلزی افزایش پیدا می كند، كسر بزرگی از انرژی گرمایی كه از بستر گرمایی تابش می كند ممكن است بازتابیده شود. بعلاوه وقتی ثابتهای اپتیكی لایه های بسیار نازك با ضخامت به سرعت (و اغلب با رفتاری بسیار پیچیده) تغییر می‌كنند این اثر به دشواری قابل تشخیص است. قبل از بحث كردن دربارة جزئیات این اثر،‌ می‎پردازیم به روشهای تجربی ای كه برای مطالعه خواص مكانیكی لایه های نازك به كار می روند.