纳米颗粒增强镍基MEMS器件材料的蠕变性能研究

利用同步辐射LIGA微铸复合工艺,将纳米氧化物增强颗粒复合到微电子机械系统(MEMS)结构材料中。制作了专用夹具,采用微力材料试验机测量了纳米Al2O3颗粒增强镍基复合材料的强度为1GPa;将恒加载速率/载荷法和恒载荷法相结合,利用纳米压痕仪测量了该材料的室温蠕变速率敏感指数m。结果表明,LIGA复合技术得到的纳米颗粒增强镍基复合材料具有较高的强度;MEMS器件材料在室温下会发生蠕变;材料在相同压深下最大载荷不随加载速率而改变,加载段粘弹性和粘塑性变形极少;主要由局部高应力导致压痕蠕变;材料的蠕变速率敏感指数m值为0.004,说明纳米Al2O3颗粒可有效增强基体材料的抗蠕变能力;且不同恒.P/P下获得的m值基本相同,表示此种材料对加载速率不敏感。     

草地的口供

正福尔摩西和约翰正在家里休假,美好的周末从被电话吵醒开始。福尔摩西闭着眼睛爬到电话边抓起来一听,是杰克警探的电话。"福尔摩西吗?有一个好消息,一个坏消息。"福尔摩西打了个哈欠:"先说好消息。""镇上第二坏的坏蛋黑布鲁死了。"黑布鲁是镇上令人闻风丧胆的大坏蛋,福尔摩西知道,警探们为了抓住他已经准备了好几个月了。据他所知,就在这几天,警探们已经找到了他做坏事的确凿证据,准备要去把他逮捕了。福尔摩西一下子就精神了:"怎么死的?因为知道自己做的坏事太多,被逮捕之后一定逃不过法律的惩罚,所以自杀了?"     

硬度压痕表面积的共聚焦测量方法

提出了一种对角线长度小于20 μm的硬度压痕表面积共聚焦测量方法。激光扫描共聚焦显微镜以0.1 μm的间隔逐层对试样的压痕进行扫描测量，对全部数据集合的包络拟合获得压痕的三维数据。旋转平面法与法向量特征相结合精确提取压痕，通过三角网格构造算法得到压痕的表面积，进而计算出试样的硬度值。共聚焦测量方法与传统成像光学显微镜测量方法相比分辨率提升了30%，合成标准不确定度平均减小1 HV。实验结果表明:共聚焦测量方法实现了压痕表面积的高精度、高稳定性测量。     

c向蓝宝石单晶纳米压痕尺度效应研究

本文以c向蓝宝石单晶为对象采用纳米压痕方法测试了不同载荷下蓝宝石单晶的硬度与杨氏模量.分析表明,当载荷P=25±2 mN时出现了第一次位移突变现象,且位移突变量与最大压入载荷无关;试样的硬度与杨氏模量值随着压入深度的增大而减小,呈现出明显的压痕尺度效应;利用Nix-Gao尺度效应模型对测试数据进行了拟合,最终得出试样的硬度值与杨氏模量为30.956 GPa与382.316 GPa,与前人分析结果符合程度较高,证明Nix-Gao模型适用于蓝宝石单晶纳米压痕测试尺度效应的模拟与分析.     

各向同性热解石墨在压痕试验中的尺寸效应

为促进各向同性热解石墨的精密/超精密加工技术的发展,采用压痕试验的方法研究了其在纳米/微米尺度上的尺寸效应.在确立压痕试验中使用载荷可行性域的基础上,对不同载荷作用条件下存在的尺寸效应进行了研究.结果表明,为提高尺寸效应分析的准确性,本试验条件下所施加的载荷应大于450 μN,且各向同性热解石墨压痕试验中硬度及弹性模量均存在一定的尺寸效应.同时,尺寸效应主要是由各向同性热解石墨表面附近球形单元内部的位错运动引起的.位错滑移阻碍较小时产生的尺寸效应较明显,位错滑移阻碍较大时产生的尺寸效应并不显著.     

纳米压痕法确定金属间化合物力学性能的研究

利用 SMT 全自动回流焊机和高温恒温试验箱制备出经2次回流焊时效处理20天的Sn-0.7Cu/Cu 焊点试件;采用纳米压入法对其焊点金属间化合物力学性能进行了测试,根据Oliver-Pharr算法,利用接触刚度连续测量技术得到了该化合物（IMC）的杨氏模量及硬度,其硬度为6.43GPa,明显大于同种工况下Cu（2.29GPa）和Sn-0.7Cu（0.32GPa）的硬度;与此同时利用有限元分析软件 ANSYS 对纳米压入过程进行了反分析,结果表明：与理想弹塑性模型相比,线性强化弹塑性模型能够更准确地描述IMC层的力学本构关系,其初始屈服应力0σ和切线模量EΤ分别为0.90GPa和14.5GPa。     

低密度和高密度水化硅酸钙的纳米压痕数值模拟

水化硅酸钙(C-S-H)是决定以硅酸盐水泥为主要组分的水泥基材料性能的关键组分,水化硅酸钙(C-S-H)是存在于水化产物中连续的固体物质,占水化水泥浆体体积的50%～60%,是水泥浆体中决定硬化水泥浆体物理结构和性能的主要成分,同时水化硅酸钙(C-S-H)也是混凝土结构宏观尺度的凝聚性和耐久性的重要影响因素．模型的建立对于预测水泥的体积性能如收缩、蠕变、渗透率和裂缝等方面越来越重要．通过将水化硅酸钙(C-S-H)分为低密度和高密度两种数值模型,并且将水化硅酸钙(C-S-H)视为在纳米尺度上具有实际微观粒子性能的离散颗粒的集合,运用分子动力学方法,通过控制水化硅酸钙(C-S-H)的紧密堆积体积分数和保持颗粒级别的其他材料属性不变来进行纳米压痕实验模拟,进而验证了压痕模量和硬度符合纳米压痕实验数据的规律．     

Dislocation-mediated creep process in nanocrystalline Cu

Nanocrystalline Cu with average grain sizes ranging from ～ 24.4 to 131.3 nm were prepared by the electric brushplating technique.Nanoindentation tests were performed within a wide strain rate range,and the creep process of nanocrystalline Cu during the holding period and its relationship to dislocation and twin structures were examined.It was demonstrated that creep strain and creep strain rate are considerably significant for smaller grain sizes and higher loading strain rates,and are far higher than those predicted by the models of Cobble creep and grain boundary sliding.The analysis based on the calculations and experiments reveals that the significant creep deformation arises from the rapid absorption of high density dislocations stored in the loading regime.Our experiments imply that stored dislocations during loading are highly unstable and dislocation activity can proceed and lead to significant post-loading plasticity.     

摩擦因素对不同形状压头微压痕测试的影响

本文基于低阶应变梯度塑性有限元,分析了摩擦因素在不同形状压头的微压痕测试中的影响.结果表明对于目前普遍采用的Berkovich 压头(简化为半后顶角为70.3°并具有一定球头半径的圆锥),摩擦的影响并不重要,可以简化为无摩擦情况.而对于Cube-corner压头(简化为圆锥半后顶角为 42.3°),摩擦不可以忽略.同样压深情况下,相对于较钝压头,尖锐压头下材料变形更加激烈,几何必需位错密度更大,同时受摩擦因素影响更加明显.模拟结果还显示,摩擦对卸载曲线的影响可以忽略不计.     

焊接接头局部塑性行为的循环压痕实验研究

基于纳米压痕技术,对转子钢焊接接头不同区域（母材、焊缝和热影响区）开展了压入位移控制的单向压痕实验和压入载荷控制的循环压痕实验研究．首先,通过压入位移控制的单向压痕实验,采用多次测试取平均值的方式获得了焊接接头各个区域的弹性模量和硬度分布特征,同时对各区域弹性模量中值点的载荷-压入深度曲线进行了分析;其次,对各个区域进行压入载荷控制的循环压痕实验,比较其压入深度随循环周次的演化特征．结果表明,焊接接头不同区域力学性能差异较大,热影响区的弹性模量、硬度、抗拉强度和抗循环变形能力最高,焊缝次之,母材最弱;三个区域在循环压痕载荷下的接触载荷-压入深度滞回环曲线均表现出类似棘轮变形的演化特征,且母材演化速度高于焊缝,高于热影响区．研究结果对汽轮机焊接转子的焊接工艺的优化、寿命预测和可靠性设计具有重要的借鉴意义．