Adhesion Strength of Ductile Thin Film Determined by Cross-Sectional Nanoindentation

纳米压痕 材料科学 复合材料 粘附
作者
Dachun Zhao,S Letz,Michael P. M. Jank,Martin März
出处
期刊:International Journal of Mechanical Sciences [Elsevier]
卷期号:270: 109103-109103
标识
DOI:10.1016/j.ijmecsci.2024.109103
摘要

Cross-sectional nanoindentation (CSN) is a powerful tool for measuring the adhesion strength of thin films. However, a quantitative assessment of interfacial properties for metal thin films on brittle substrates remains a challenge due to thin film ductility. In this work, we present a hierarchical analysis method to account for plastic dissipation during delamination. According to our observations, the CSN-induced wedge geometry is more complex than what is currently presented in literature. Therefore, we develop a three-dimensional finite element (FE) modelling strategy to simulate CSN-induced delamination. Furthermore, we present the mode mixity distribution during CSN measurement based on our simulation results. We find that a purely experimental assessment of adhesion strength by CSN for ductile thin films is imprecise due to the adhesion strength-dependent stress-state in this characterization technique. By using our combined experimental and numerical approach, the adhesion strength of EBPVD-deposited Al thin film on SiO2/Si substrate is determined as 0.577 J/m2 and an additional 20 nm thick Ti adhesion layer enhances its adhesion strength to 16.4 J/m2.

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