第十三届全国表面工程大会暨第十二届全国青年表面工程论坛

对于应用于精密仪器的陶瓷涂层材料，给出详细准确的涂层结构指标和测量材料参数至关重要，为了表征这些材料的力学性能和探究界面安全状态，出现了扫描探针显微镜和微米级压痕实验技术，这些技术依赖于对薄涂层各类三维接触问题的解析计算。研究弹性薄涂层结构的接触问题，有助于定量解释各种扫描探针显微镜的响应，作为机械学科和材料学科的纽带。提出了用于微米级涂层结构设计和测量的圆柱形压头接触理论，其中应力和位移解以显式初等函数表示，可求得任意位置的位移和应力，这是分析不同制造工艺下涂层应用性能的理论基础。
主要理论体系分析包括以下两个部分：
（1）横观各向同性涂层结构：基于横观各向同性材料三维机械场控制方程的通解，考虑光滑和有摩擦接触两种情况，分别推导得到了涂层结构在球面、锥面和柱面三种机械接触载荷作用下，涂层和基体内机械场的三维全场解析解。对涂层的最佳厚度进行高效设计，并对涂层和基底的界面应力分析。依托于划痕实验，提出界面破坏评价准则预测界面安全状态，给出脱层区域
（2）压电陶瓷涂层器件：给出了力电耦合全场精确解（包括应力、位移、电位移、电势），其中压头包含带电/不带电球面、柱面和锥面压头接触形式。在压电效应和逆压电效应作用时，给出接触表面和微米尺度涂层界面的力学量和电学量在精确位置的精确量值。提取压头接触的数学物理模型，对涂层厚度与界面应力/电势差（表面到界面）的关系，进行系统计算分析。
整套涂层接触力学公式和理论分析为建立不同涂层结构分析专用软件平台、研制精密涂层材料参数测量仪器奠定了基础，为陶瓷涂料行业标准的制定提供了理论依据。
 

压电涂层；接触力学；压痕；界面脱层；力电耦合