Eine neue Methode zur Festigkeits‐ und Zähigkeitsbestimmung von dünnen Schichten

Es wird eine Methode vorgestellt, mit der es möglich ist, Festigkeits‐ und Zähigkeitsparameter von dünnen Schichten auf relativ einfache Weise zu bestimmen. Dazu werden Stahlsubstratproben vor den Beschichtung mit einem langen Ermüdungsanriß versehen. Bei einer Biegebelastung derart präparierter Proben wird die Schicht im Bereich des sich öffnenden Anrisses gedehnt und schließlich zerrissen. In diesem sehr schmalen Bereich kann die Schicht als freistehend betrachtet werden. Die Schicht reißt zuerst an der Probenstirnseite, danach an den beiden Probenseiten. Aus der Differenz zweier Kraft‐Weg‐Messungen während und nach dem Schichtriß läßt sich der Schichteinfluß vom Substrateinfluß separieren. Aus der auf die Schicht wirkenden Kraft beim Schichtriß an der Stirnseite kann die Festigkeit der Schicht (Streckgrenze und Zugfestigkeit) bestimmt werden. Aus der kritischen Schichtkraft und der zugehörigen Nachgiebigkeitsänderung infolge Schichtriß an beiden Probenseiten ergibt sich die Bruchzähigkeit der Schicht. Erste Messungen und Ergebnisse an einer PACVD‐TiN‐Hartstoffschicht, die die prinzipielle Anwendbarkeit der Methode demonstrieren, werden vorgestellt.