纳米多层薄膜结构中的热应力集中点和应力突变

摘要 在多层薄膜-基底系统中，热应力集中点和应力突变导致的薄膜翘曲、分层和开裂是导致对应设备功能失效的主要因素。本文研究了由基底和三层薄膜组成的多层薄膜系统。通过有限元法（FEM）计算了结构内部的热应力分布。观察到层之间存在较大的热应力差异，这主要是由于材料间热膨胀系数（CTE）不匹配。不同材料在外界环境温度变化下表现出不同的变化程度，导致层间受到挤压。特别是在基底层和过渡层的角落处存在明显的热应力集中点，这是由于结构几何截面的形状突变所引起的，导致局部应力的突然增加。为了解决这个问题，我们对基底进行了倒角，并在基底和过渡层之间增加了中间层，分析是否能够减少或消除热应力集中点与热应力之间的差异，从而延长多层结构的使用寿命。结论表明，倒角和增加中间层可以减少应力突变，削弱热应力集中点，显著提高层间粘合强度。