激光自动划痕检测：薄膜界面结合强度的系统集成与实验研究

本文档《网络技术-系统集成-激光自动划痕检测膜基界面结合强度的系统集成与实验研究.pdf》主要探讨了机械电子工程领域中关于薄膜基界面结合强度的系统集成与实验研究。结合强度是衡量薄膜性能的关键指标，对于薄膜技术的研发和实际应用具有重要意义。传统检测方法存在接触性或精度有限的问题，因此，激光自动划痕检测作为一种非接触式的新型测量技术，成为研究热点。 激光划痕检测系统基于准静态加载原理，通过逐渐增加激光功率，使涂层与基体在无损状态下分离，涂层的破坏过程可以用来评估结合强度。系统包括硬件设备，如长脉冲红外激光器、红外热成像仪等，以及相应的软件设计，用于精确控制激光参数、检测参数以及材料特性参数的测量。 作者通过理论分析，特别是对涂层剥离应力σa和剪切应力τ(x)的研究，揭示了这些力学参数对结合强度的影响。建立了涂层热应力理论模型，涉及温度场的数学模型，从而得出激光功率、材料表面能量吸收率、导热率、比热容、光束尺寸和划痕扫描速度等参数与温度场之间的关系。这些参数不仅影响温度分布，而且直接反映了结合强度的定量特征。 实验部分，通过实时监测红外热成像仪下的涂层温度变化，观察到涂层失效过程中明显的两个阶段温度变化，这与理论预测相吻合，表明温度转折点对应着涂层脱离基体的临界位置。针对Nd:YAG脉冲激光器在无约束层TiN薄膜涂层上的冲击划痕实验，发现随着激光功率密度的增加，涂层的压应力减少，而某些区域会出现拉应力的增强。这一系列实验研究为优化薄膜制造工艺，提高膜基结合强度提供了宝贵的数据和理论依据。 这篇论文深入探讨了激光自动划痕检测技术在评估膜基界面结合强度方面的系统集成与实验实践，对于薄膜工业的发展和技术进步具有实际价值。