9. Методы, основанные на приложении тангенциальной силы отрыва

В процессе измерения адгезионной прочности тангенциальная сила может прикладываться к поверхности пленки, вызывая сдвиг, кручение и срез.

Адгезионная прочность при сдвиге оценивается удельной силой отрыва Fc, измеряемой в Па:

(28)

где F — сила сдвига, при которой происходит адгезио-нное разрушение, Н; S — площадь контакта, м2.

Измеряемая сила сдвига зависит не только от силы сцепления между пленкой и подложкой, но и от скорости перемещения одной поверхности относительно другой. Увеличение адгезионной прочности с ростом скорости сдвига объясняется затратами на деформацию и релаксацию напряжений.

На рис. 7 представлена конструкция устройства для измерения адгезионной прочности на сдвиг [34]. С его помощью измерялось сцепление пленок золота, меди и алюминия со стеклом и

alt="" />

Рис. 7. Устросйтво для измерения тан-              Рис. 8. Варианты метода измерения

генциальной адгезионной прочности              адгези’онной прочности на срез:

{34]:              а — отслаивание лезвием; б — отслаивание

/ — прикрепляемая к пленке пластина; 2—              цилиндром [35]

пленка на подложке

монокристаллом окиси магния. Толщина пленок выбиралась от 0,05 до 40 мкм. Пластина прикреплялась к поверхности пленки галлием, индием и органическим клеем. Сдвиговая адгезионная прочность пленок золота, меди и алюминия равна 3 • IO5, 8« IO5 и 1,5* IO6 Па соответственно.

Важной особенностью метода измерения тангенциальной адгезионной прочности является то-, что сдвиговый отрыв пленки от подложки происходит при удельной силе, на два порядка меньшей, чем при нормальном отрыве (теоретически предсказанное отноше-

39

ние сдвиговой и нюрмальной прочности 1:4). Это дает возможность применять для проведения испытаний сдвиговым методом более дешевые и простые виды клеев и припоев.

Метод определения сдвиговой адгезионной прочности имеет преимущество при испытаниях пленок, нанесенных на гибкие подложки, так как при этом исключаются их изгибы., Эти изгибы подложки возникают при измерении прочности адгезии методом нормального отрыва вследствие разрушения клея в) отдельных местах контакта.

Приложение силы сдвига, вызывающей адгезионный отрыв, возможно посредством скручивания цилиндра, прикрепленного к поверхности пленки (метод скручивания). Прикрепление цилиндра осуществляется теми же способами, что и в методе нормального отрыва. При реализации метода скручивания в пленке прикладывается неравномерное поле напряжений. Максимальные напряжения сдвига возникают у боковой поверхности цилиндра, в этой области и начинается разрушение. Если адгезионное разрушение происходит при приложении моментаЛ! к цилиндру, то связь между M и адгезионной прочностью на сдвиг выражается зависимостью

(29)

где Ta — адгезионная прочность на сдвиг, Па; R — радиус цилиндра, м.

Измерение адгезионной прочности методом среза покрытия происходит в два этапа: gt;в промежуток между пленкой и подложкой вводится резерв, а затем измеряется сила, возникающая при его движении (рис. 8,а).

При движении резца значительная часть работы тратится на процессы, не связанные с адгезионным разрушением: на деформацию пленки, преодоление сил трения, что искажает результаты измерения. Обычно измеряют какую-либо удельную величину — удельную работу среза или силу, действующую на резец при срезании полоски пленки единичной ширины. Удельная сила среза измеряется в Н/м. При определении адгезионной прочности по схеме, показанной на рис. 8,а, связь между нагрузкой на резец и удельной силой, требуемой на отделение пленки от подложки, выражается зависимостью [35]

(30)

где а—угол наклона ножа, рад; b — ширина полоски, м; jx — коэффициент трения, учитывающий трение между пленкой и подложкой.

Для срезания с поверхности подложки полосы пленки строго фиксированной ширины может быть использован резец, который по бокам имеет две острые кромки. При этом, однако1, измеряемое значение адгезионной прочности на срез несколько завышено.

Иногда измерение адгезионной прочности на срез проводят по схеме, показанной на рис. 8,6. Вместо резца здесь используется

цилиндр малого диаметра. Работа отделения пленки от подложке при использовании данного метода, Дж:

т

где

(32)'

I — расстояние между цилиндром и фронтом расслаивания, м; t — толщина пленки, м; Er— модуль Юнга пленки, Н/м2; d — диаметр* цилиндра, м.

Работа среза золотой пленки со стеклянной подложки близка к теоретически вычисленной энергии взаимодействия, обусловленной силами Ван-дер-Ваальса. Так как между стеклом и золотом химического взаимодействия не происходит и сцепление вызвано* только силами Ван-дер-Ваальса, равенство измеренной и вычисленной работ адгезии говорит о справедливости выражений (31),

(32).