图1-1  薄膜存在的几种几何形状

1。1。2薄膜的特征

由于薄膜本身尺寸较小，单靠薄膜自身属性如硬度和强度等是无法满足生产生活要求的，因此薄膜一般需要紧紧粘附在各式各样的基底上，才能发挥其最佳功效。由于薄膜与基体之间相互接触，彼此影响甚至依赖，因而在薄膜和基底上存在很多结合性方面的问题，结构失效以及内应力等问题。与基体相比，薄膜的厚度显得非常小，并且由于制备时不可避免的带来外界环境的干扰，使得薄膜材料经常具有很多不同于基体材料的属性，主要有以下几个方面：

（1）薄膜小尺度效应：金属薄膜在微米和亚微米尺度下，其力学性能与常规的宏观尺度下性能存在显著地差异甚至相反。

（2）薄膜材料的表面能很大：当薄膜晶粒尺寸小到纳米级别时，不仅薄膜表面原子数量的增加，而且纳米晶粒的表面积和表面能也会相应的增大。揪其原因是处于表面的原子数较多，表面原子的受力不均衡处于非稳态，存储较高的能量 [5-6]。主要表现在外层表面原子在表面处缺少相邻原子，存在许多断键，处于非稳定状态，因此表面原子很容易与其他原子结合，因此表面具有很高的化学活性。

（3）薄膜材料通过适当途径，可制成复合薄膜：复合薄膜是具有多成分或多形态的薄膜，是将两种或两种以上的不同材料或相同材料的不同形态沉积在同一衬底上,使其在分子甚至原子层次上发生结合，以改善薄膜的性能。应用物理和化学方法薄均能获得各种复合薄膜[7]。

1。1。3薄膜的用途

进入21世纪以来，随着民众生活水平的提高，人们在满足进本生活需求意外，更加注重生活质量的提高。因此伴随而来的是人们对于物质质量更高水平要求，高价格与高质量的的产品不断涌现，为了更好的保护产品，延长高质量产品的使用寿命。人们开始探索和研究薄膜，希望通过薄膜可以显著提高产品强度、韧性、耐磨性等各项性能，甚至在不伤害产品的条件下，通过更换薄膜，延长产品使用时间，提高产品的利用率。

（1）保护薄膜作用：在基体表面通过添加薄膜，防止外界对产品伤害，从而对产品起到很好的保护作用。例如在深海作用的转井平台，由于支撑体积庞大的机械设备，并且长期浸泡在碱性极大的海水中，对于转井平台的使用材料不仅要求具有较高的强度、硬度和韧性，还需要拥有更加耐腐蚀的抵抗能力。为此，人们在研究出高性能的主题材料后，通过对主题添加保护膜，以此来提高其防腐蚀能力。

（2）薄膜的强化作用：通过添加薄膜，增加产品的强度，硬度和耐磨性。例如对刀具进行切削的锉刀，由于刀具本身具有很高的硬度，普通的锉刀在加工的过程中很容易摩擦受损。但通过采用磁控溅射仪，在锉刀表面溅射一定厚度的薄膜，并具有高强度，高耐磨性的薄膜。这样，由于机体硬度低，韧性大，结合高硬度和高耐磨性的表层薄膜，使得产品具有很高的强度和韧性，提高产品的综合性能。

1。2蠕变概述

所谓蠕变，就是金属在长时间的恒温和恒载荷作用下缓慢产生塑形变形的现象。所谓的室温蠕变就是在室温下发生的蠕变现象[8]。室温蠕变可以分为两个阶段，第一阶段是减速蠕变阶段，（又称准稳态蠕变阶段）。此阶段开始时蠕变速率很大，随着蠕变时间的延长，蠕变速率急速下降，到某时刻后蠕变速率下降速度逐渐变缓，并趋于一定稳定的数值，该阶段为蠕变量最大，是蠕变发生的主要阶段。第二阶段是恒速蠕变阶段，又称蠕变稳态阶段。该阶段的特点是蠕变速率下降非常缓慢，甚至保持恒定。随着时间的延长，蠕变量不断的增大，直到最终发生断裂，该阶段也称为蠕变的第三阶段。