一、應(yīng)力產(chǎn)生的原因

（一）熱應(yīng)力

在PVD鍍膜設(shè)備鍍膜過(guò)程中，由于溫度的變化，基材與膜層之間的熱膨脹系數(shù)若不匹配，就會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力。當(dāng)熱膨脹系數(shù)差異存在時(shí)，在溫度改變過(guò)程中，膜層與基材的伸縮程度不一致，從而在兩者之間形成拉伸或壓縮應(yīng)力。例如在高溫鍍膜后冷卻階段，若膜層熱膨脹系數(shù)大于基材，膜層冷卻收縮程度大于基材，膜層就會(huì)受到拉伸應(yīng)力，而基材受到壓縮應(yīng)力；反之則膜層受壓縮應(yīng)力，基材受拉伸應(yīng)力。

（二）內(nèi)應(yīng)力

膜層原子或分子在基材表面重新排列及擴(kuò)散過(guò)程中會(huì)引發(fā)內(nèi)應(yīng)力。在鍍膜時(shí)，原子或分子沉積到基材表面并非簡(jiǎn)單堆積，而是會(huì)進(jìn)行一定的排列重組以形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，這一過(guò)程中原子間的相互作用和位置調(diào)整會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部應(yīng)力的產(chǎn)生。

（三）結(jié)構(gòu)應(yīng)力

隨著膜層厚度的增加，晶格結(jié)構(gòu)可能發(fā)生變化或者缺陷逐漸積累，進(jìn)而引起結(jié)構(gòu)應(yīng)力。膜層厚度的增加會(huì)改變?cè)优帕械沫h(huán)境和條件，可能使原本規(guī)則的晶格結(jié)構(gòu)出現(xiàn)畸變，或者一些原子空位、間隙原子等缺陷不斷累積，這些都會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力的產(chǎn)生。

（四）殘余應(yīng)力

在鍍膜過(guò)程中，如果膜層和基材的物理或化學(xué)特性差異較大，殘余應(yīng)力就可能在沉積及冷卻過(guò)程中累積。例如，膜層與基材的密度、彈性模量等差異較大時(shí)，在沉積過(guò)程中原子的沉積方式、相互作用以及冷卻時(shí)的收縮情況都會(huì)有所不同，從而產(chǎn)生殘余應(yīng)力。

二、應(yīng)力的影響

（一）對(duì)膜層附著性影響

當(dāng)應(yīng)力過(guò)大時(shí)，膜層的附著性會(huì)明顯降低，膜基結(jié)合力隨之減弱，導(dǎo)致膜層剝離或脫落。過(guò)大的應(yīng)力會(huì)破壞膜層與基材之間的化學(xué)鍵合和物理吸附作用，使膜層難以牢固地附著在基材表面。

（二）對(duì)膜層機(jī)械性能影響

應(yīng)力過(guò)大還會(huì)使膜層的斷裂韌性下降，容易出現(xiàn)膜層開(kāi)裂或剝落現(xiàn)象。并且應(yīng)力集中區(qū)域更是容易產(chǎn)生微裂紋，這些微裂紋會(huì)不斷擴(kuò)展，嚴(yán)重縮短膜層的壽命，使膜層無(wú)法在正常工況下長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定工作。

（三）對(duì)光學(xué)和電學(xué)性能影響

應(yīng)力會(huì)對(duì)膜層的光學(xué)和電學(xué)性能產(chǎn)生影響，如反射率、透射率、電阻率等。應(yīng)力可能改變膜層的晶體結(jié)構(gòu)和原子間距，從而影響光在膜層中的傳播特性以及電子在膜層內(nèi)的傳導(dǎo)特性，進(jìn)而使膜層的光學(xué)和電學(xué)性能偏離設(shè)計(jì)要求。

（四）對(duì)膜層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性影響

應(yīng)力過(guò)大時(shí)，膜層會(huì)出現(xiàn)翹曲、變形或晶體結(jié)構(gòu)的變化。特別是在多層鍍膜系統(tǒng)中，不同層之間的應(yīng)力差異容易引發(fā)界面失效或剝離。由于各層膜的應(yīng)力情況不同，在相互作用界面處容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，當(dāng)超過(guò)界面結(jié)合力時(shí)就會(huì)導(dǎo)致層間剝離等問(wèn)題，破壞整個(gè)鍍膜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

（五）對(duì)膜層耐久性和可靠性影響

應(yīng)力過(guò)大會(huì)嚴(yán)重影響膜層的長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定性，降低其耐腐蝕性、抗磨損性等耐久性指標(biāo)。應(yīng)力可能導(dǎo)致膜層表面出現(xiàn)微觀缺陷，這些缺陷為腐蝕介質(zhì)和磨損顆粒提供了侵入通道，加速膜層的損壞，使膜層無(wú)法在預(yù)期的使用環(huán)境和時(shí)間內(nèi)保持性能穩(wěn)定。

三、降低應(yīng)力的措施

（一）優(yōu)化工藝參數(shù)

通過(guò)調(diào)整PVD鍍膜設(shè)備鍍膜過(guò)程中的工藝參數(shù)，如沉積速率、溫度、氣壓等，可以有效降低表面應(yīng)力。適當(dāng)降低沉積速率能使原子或分子有更充足的時(shí)間進(jìn)行有序排列，減少因快速沉積導(dǎo)致的應(yīng)力累積；合理控制溫度可以減少因溫度變化引起的熱應(yīng)力，比如采用梯度升溫或降溫策略；調(diào)整氣壓能夠改變?cè)踊蚍肿拥倪\(yùn)動(dòng)狀態(tài)和沉積環(huán)境，有助于降低應(yīng)力。

（二）增加過(guò)渡層

在膜層與基材之間增加過(guò)渡層是一種常用的降低應(yīng)力方法。過(guò)渡層材料的選擇應(yīng)使其熱膨脹系數(shù)等物理化學(xué)性質(zhì)介于膜層與基材之間，起到緩沖和協(xié)調(diào)作用，減少因兩者性質(zhì)差異導(dǎo)致的應(yīng)力產(chǎn)生。例如在金屬基材上鍍陶瓷膜時(shí)，可先鍍一層與金屬和陶瓷性質(zhì)都有一定相容性的金屬氧化物過(guò)渡層。

（三）選擇合適的材料

精心挑選膜層和基材材料，盡量使兩者的熱膨脹系數(shù)、彈性模量等物理化學(xué)特性相匹配，從而降低因材料差異引起的應(yīng)力。在設(shè)計(jì)鍍膜體系時(shí)，要充分考慮材料的綜合性能，不能只關(guān)注膜層的功能特性而忽視其與基材的匹配性。

（四）熱處理

對(duì)鍍膜后的樣品進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚?，可以消除或減少部分應(yīng)力。通過(guò)加熱使原子獲得足夠能量進(jìn)行重新排列和應(yīng)力松弛，然后緩慢冷卻，有助于穩(wěn)定膜層結(jié)構(gòu)并降低應(yīng)力。但熱處理的溫度、時(shí)間等參數(shù)需要根據(jù)具體的膜層和基材材料進(jìn)行優(yōu)化確定。

（五）調(diào)整膜厚度

合理控制膜層厚度也能降低應(yīng)力。避免膜層過(guò)厚導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)應(yīng)力和殘余應(yīng)力過(guò)大問(wèn)題，可通過(guò)理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)探索找到膜層厚度范圍，在滿(mǎn)足膜層功能要求的前提下，盡量降低應(yīng)力水平。