مواد و ساخت پیشرفته

اکثر دستگاه‌های میکروالکترونیک کاربردی و همچنین پوشش‌های سخت از سرامیک‌های شکننده مانند نیترید تیتانیوم (TiN) به شکل لایه نازک نانوساختاری استفاده می‌کنند که آستانه عیب برای استقرار آنها در سرویس و افزایش عمر حیاتی است.

در یک کار تحقیقاتی جدید، مکانیزم چند لایه ­ای شدن برای افزایش آستانه عیب چنین سیستم‌هایی بررسی شده است.  Ti/TiN یک سیستم فلزی/سرامیکی با فصل مشترک قوی است که در آن عدم تطابق الاستیک-پلاستیک و تنش‌های پسماند می‌تواند به طور بالقوه برای اصلاح نیروی محرکه رشد ترک مورد استفاده قرار گیرد. در این بررسی، شبیه‌سازی‌های عددی سیستماتیک نیروی محرکه رشد ترک در لایه_­ های Ti/TiN با تغییر فاصله لایه‌ها انجام شده است.

سپس آزمایش‌هایی روی مجموعه‌ای از سیستم هایی چند لایه­ای انجام شده است تا چقرمگی شکست به عنوان تابعی از تعداد فصل مشترک­ها تعیین شود. نتایج این آزمایشات نشان داده است، چقرمگی شکست50 لایه از سیستم چندلایه ­ای، 82٪ بیشتر از TiN تک لایه است در حالی که سختی آنها قابل مقایسه با TiN تک لایه است.

مرزهای ضعیف بین ستونی فیلم­های پراکنده شده به عنوان یک محدودیت در بهره ­برداری کامل از مزیت اثر محافظ حاصل از لایه­ های سفت و سازگار متناوب، شناخته شده است. در این تحقیق، پارامترهای طراحی برای سیستم­های چند لایه­ای فیلم نازک فلزی/سرامیکی به طور کلی مورد بحث قرار گرفته­اند.

منبع:

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1359645422001641