·154 北京科技大学学报 2000年第2期 1[(a) 0.80b) 0.75 -1 0.70 0.65 -3 0.60 0.55 0.50 1 2 3 4 5 0 2 3 径向距离/cm 径向距离/cm 图3径向应力分布，()金刚石膜中，(b)钼片中的靠近金刚石膜部分 Fig.3 The distribution of radial stress.(a)Diamond,(b)Mo substrate near diamond 0.15a 0 (b) 0.10 -0.1 0.05 -0.2 -03 0 -0.4 -0.05 -0.5 -0.10 0 2 3 4 0 23 径向距离lcm 径向距离/cm 图4轴向应力分布，()金刚石膜中，(b)钼片中的靠近金刚石膜部分 Fig.4 The distribution of axial stress.(a)Diamond,(b)Mo substrate near diamond (a) 2.0o) 1.5 1.0 0.5 6 0 0.0f -0.5 -1.0 3 4 0 3 径向距离cm 径向距离/cm 图5周向应力分布，()金刚石膜，(b)钼片中的靠近金刚石膜部分 Fig.5 The distribution of circular stree.(a)Diamond,(b)Mo substratenear diamond 从图3(a)中可看出，金刚石膜中普遍在径 3金刚石膜中应力的实验分析 向受压应力；从图3b)中可看出，钼片中普遍受 拉应力.金刚石膜中的最大压应力约4GPa,钼 我们对金刚石膜中的应力进行了实验分 片中的最大拉应力约770MPa.这说明金刚石膜 析.图6为金刚石膜的断口形貌，可看出穿晶断 在冷却过程中很容易炸膜. 裂比较多.金刚石膜的生长随着时间的延长，晶 从图4(a)和(b)中可看出，金刚石膜和钼片 粒越来越粗大.60mm的样品，长到几百m的 中沿轴线方向大都是压应力，因此，可以推断金 时候容易断裂，这时金刚石膜比较薄，抵抗变形 刚石膜和钼基体脱离的主要原因是由于金刚石 的能力差，在前面的计算中可以看出，在金刚石 膜与钼片之间的剪应力造成的， 膜和钼片在冷却的过程中发生弯曲变形，这就 从图5(a)和(b)中，可以明显地看出，金刚石 会在金刚石膜中产生应力. 膜与钼界面处周向应力很大部分是反向，说明 图7表示金刚石膜在从钼基底上脱离下来 界面处应力变化大.钼片中受到较大的拉应力. 以后的Raman谱，这时金刚石膜中的热应力基 这在实验观察中也可发现，钼片表面有许多裂 本已经释放完，峰的位置在1332cm',表明在 纹，金刚石膜的底面也容易形成裂纹， 冷却过程中热应力起主要作用.Raman谱对金一 1 5 4 - 北 京 科 技 大 学 学 报 20 0 0 年 第 2 期 0 . 8 0 0 . 7 5 0 . 7 0 (b) 气一 O 亡飞ù 0 r o /Où I à、 ó on0 ù nU 口、月db ( a ) … 口、目db 检 问距离 /c m 径 向距 离 /c m 图 3 径 向应 力分 布 , (a) 金 刚石膜 中 , (b) 相 片中 的靠近 金 刚石膜 部 分 F ig . 3 T h e d i s t r i b u t i o n o f r a d i a l s t er s s . ( a )D i a m o n d , ( b ) M o s u b s t r a t e n e a r d i a m o n d 0 . 0 5 一 0 . 0 5 一 0 . 10 2 3 4 5 (b ) _ . 口、d戈b 二 口、d ó 径 向距 离 c/ m 径 向跄离 c/ m 图 4 轴 向应 力 分布 , (a) 金刚 石膜 中 , (b) 钥 片 中的靠 近 金刚 石膜部 分 F i g . 4 T h e d i s t r i b u t i o n o f a x i a l s t er s s . ( a )D i a m o n d , ( b )M o s u b s t r a t e n e a r d i a m o n d (b) _ . 二 … 口、d招b 2 3 4 5 径 向距 离 c/ m 径 向距离 c/ m 图 5 周 向应 力分布 , (a) 金刚 石膜 , (b) 相 片 中的靠近 金 刚石膜 部分 F ig · 5 T h e d i s t r ib u t i o n o f e i r c u l a r s t er e . ( a ) D i a m o n d , (b ) M o s u b s t r a t e n e a r d i a m o n d 从 图 3 (a) 中可 看 出 , 金 刚石膜 中普遍 在径 向受压 应力 ; 从图 3 (b) 中可 看 出 , 铝片 中普 遍受 拉应 力 . 金刚 石膜 中的最 大压应力 约 4 G P a , 铝 片 中的最大拉应力约 7 70 M P a . 这说 明金刚 石膜 在 冷却 过程 中很容 易炸膜 . 从 图 4 (a) 和 (b) 中可 看 出 , 金 刚 石膜和 铝 片 中沿轴线方 向大都 是压应 力 . 因此 , 可 以推断金 刚 石膜和 钥基体脱 离的主 要 原因 是 由于 金刚石 膜与铝 片之 间 的剪应力 造 成 的 . 从 图 5 a( )和 (b) 中 , 可 以 明显 地看 出 , 金 刚 石 膜与铝 界面处周 向应力很 大部分 是反 向 , 说 明 界面处 应力变化大 . 铝 片 中受到 较大 的拉应力 . 这在 实验 观察 中也 可发现 , 铝 片表 面有许 多裂 纹 , 金 刚石 膜 的底面 也 容 易形 成裂纹 . 3 金 刚石膜 中应 力的实验 分析 我 们 对 金 刚石 膜 中 的应 力进 行 了实 验 分 析 . 图 6 为金 刚石膜 的断 口 形貌 , 可看 出 穿晶 断 裂 比较多 . 金刚 石膜 的 生长 随着 时 间 的延 长 , 晶 粒越来 越粗大 . 60 m m 的样 品 , 长 到 几 百 娜 的 时候容易 断裂 , 这 时 金刚石 膜 比较薄 , 抵抗变形 的能力差 . 在前面 的计算 中可 以看 出 , 在金 刚石 膜和 铝 片在冷却 的 过程 中发 生 弯 曲变形 , 这 就 会在金 刚 石膜 中产 生 应力 . 图 7 表示金 刚石 膜在从 铝基底上 脱离下 来 以后 的 R a m an 谱 , 这 时 金 刚 石膜 中的热应 力基 本 已 经释放 完 , 峰的位置 在 1 3犯 c m 一 , , 表 明 在 冷却 过程 中热应力起 主 要 作用 . R am an 谱对 金