Sm2Co17型永磁材料弹塑变形阶段的微纳压痕尺寸效应

采用准静态法分别对固溶态和最终态Sm₂Co₁₇型永磁的两种取向面样品进行了纳米压痕分析。结果表明,两类磁体不同取向面上的硬度和弹性模量均出现了随着压入深度的增加而减小的现象,表现出典型的压痕尺寸效应。基于Nix-Gao模型的硬度与压入深度拟合结果表明,两种磁体的硬度H₀和特征长度h~*均呈现出明显各向异性。较大的h~*值揭示出最终态磁体在较大的压入深度范围内可观察到明显的尺寸效应现象。进一步地,通过计算反映压痕尺寸效应强弱的效应因子i可知,最终态磁体的i值均比固溶态磁体的大,其中在取向平行加载方向时,i值高出58%。最终态Sm₂Co₁₇磁体中存在的胞状组织结构增强了尺寸效应因子,进而改善了Sm₂Co₁₇型磁体在弹塑变形阶段的塑性。     

SiC/Al2O3纳米复合材料压痕残余应力压谱法测量研究

利用压力荧光光谱法研究了5％ SiC／Al2O3纳米复合材料压痕周围残余应力的大小及其分布规律。结果发现在压痕区及压痕周围10μm的应力区范围中,荧光R-线明显增宽,而且压应力与离压痕中心距显著相关。通过获得的R双峰(R1和R2荧光光谱)频率变化,计算了压痕区及其周围复杂应力场中的等静压力。结果表明：沿着压痕区主对角线方向和边界垂直平分线方向,其应力分布存在十分相似的变化规律。同时发现在压痕周围存在着对称残余应力区。     

自修复体系中微胶囊壁材力学性能的测试与表征

微胶囊自修复技术成为研发自修复聚合物材料的主要途径。由于尺寸效应的影响和制备工艺的差异,有必要表征和测量自修复体系中微胶囊壁材的力学性能。本文从微胶囊中直接剥离出微胶囊壁试样进行纳米压痕测试,通过数据拟合和和量纲分析的方法,建立载荷-位移(P-h)曲线与微胶囊壁材弹塑性力学参数之间的联系,分析得到了微胶囊壁材的弹性模量和特征应力值(σ_0.033),进而得到微胶囊壁材的应力-应变本构关系。     

微纳米尺度膜/基结构界面性能的实验研究

为了研究铜膜/有机玻璃结构的界面性能,首先对沉积在有机玻璃基底上300nm厚的铜膜进行了单轴压缩实验,部分区域的薄膜因屈曲而脱离基底。选择在膜/基粘接良好区域、膜/基脱粘区域分别进行等位移纳米压痕实验。利用膜/基粘接良好区域处硬度/弹性模量与压痕位移的关系来确定膜/基结构的临界脱粘位移。基于宏观力学中表征界面性能的能量法,利用两个区域等位移的塑性功差值来确定界面能量释放率。研究结果表明:当压痕位移约450nm时,膜/基结构开始出现界面脱粘,实验测得铜膜/有机玻璃结构的界面能量释放率值在6.81~10.32J/m2之间。     

界面结构对Cu/Ni多层膜纳米压痕特性影响的分子动力学模拟

金属多层膜调制周期下降到纳米级时,其力学性质会发生显著改变. Cu-Ni晶格失配度约为2.7%,可以形成共格界面和半共格界面,实验中实现沿[111]方向生长的调制周期为几纳米且具有异孪晶界面结构的Cu/Ni多层膜,其力学性质发生显著改变.本文采用分子动力学方法对共格界面、共格孪晶界面、半共格界面、半共格孪晶界面等四种不同界面结构的Cu/Ni多层膜进行纳米压痕模拟,研究压痕过程中不同界面结构类型的形变演化规律以及位错与界面的相互作用,获取Cu/Ni多层膜不同界面结构对其力学性能的影响特征.计算结果表明,不同界面结构的样品在不同压痕深度时表现出的强化或软化作用机理不同,软化机制主要是由于形成了平行于界面的分位错以及孪晶界面的迁移,强化机制主要是由于界面对位错的限定作用以及失配位错网状结构与孪晶界面迁移时所形成的弓形位错之间的相互作用.     

MEMS材料力学性能的测试技术

微电子机械系统(MEMS)技术的迅速崛起,推动了所用材料微尺度力学性能测试技术的发展.首先按作用方式将实验分成压痕/划痕、弯曲、拉伸、扭转四大类,系统介绍检测MEMS材料微尺度力学性能的微型试样、测试方法及其实验结果.测试材料主要有硅、氧化硅、氮化硅和一些金属.实验结果主要包括基本的力学性能参数如弹性模量、残余应力、屈服强度、断裂强度和疲劳强度等.最后,简要分析了未来的发展需求.      

磁控溅射TiN界面结合强度的压痕法测试

在试验的基础上提出了测量ＴｉＮ涂层界面结合强度的弹塑性赫兹接触应力经验修正公式,作为实例测量了不同基体表面粗糙度对磁控溅射沉积的ＴｉＮ涂层界面结合强度的影响,将测量结果与其它测量方法所得结果进行比较,证明提出的方法切实可行。     

无定形水化硅酸钙纳米压痕模拟及卸载段处理

基于预测水泥及其水化物体积性能的简化物理模型Wittmann模型，结合分子动力学研究方法，构建水 化硅酸钙(C-S-H)凝胶模型用来模拟纳米压痕实验．在弛豫阶段使用高温淬火方法将模型转变为无定形态，并 测定模型高温淬火前后的径向分布函数，确定了无定形态下的水化硅酸钙(C-S-H)压痕模型，计算得出荷载深 度曲线 （P-h 曲线）．考虑到高温淬火对模型内粒子热力学运动的影响以及带来的位错效应，分别采用 OliverPharr方法与 Cheng-Cheng 方法对荷载深度曲线的卸载段进行分析处理．其中 Oliver-Pharr方法计算得到硬度 H 为 0.92 GPa，折合模量 Er为 29.56 GPa；Cheng-Cheng方法计算得到折合模量 Er为(34.92±7.57) GPa．与文献结 果及标准试块实验结果进行对照，探究两种计算方法的合理性及适用范围，并提出研究展望     

纳米压痕条件下 MgB2 超导块材的压入力学行为研究

本文采用纳米压痕技术对固相烧结法制备的 MgB2 超导块材进行压入力学实验, 对不同压深的载荷-位移曲线和纳米压痕数据的再现性进行了分析, 实验数据使用 Oliver-Pharr 方法计算得出 MgB2 的硬度值, 借助经验方程拟合纳米压痕蠕变曲线求得蠕变速率敏感指数(m ) . 结果表明, 微观结构不均匀性会对材料在压头压入过程中抵抗外力作用时产生影响, 使压痕数据再现性变差; MgB2 的硬度表现出尺寸效应, 即随着压入深度的增加硬度逐渐下降;m 值随压入深度增加而增加是位错滑移速度加快的结果.     

考虑孔隙影响的混凝土有效弹性模量预测分析研究

本文通过纳米压痕实验技术得到混凝土材料细观各相参数，基于渐进均匀化理论，采用蒙特卡洛方法和双向游走方法建立了含孔隙混凝土的胞元模型．分析了孔隙在冻融循环次数增加情况下对混凝土有效弹性模量的影响，同时与有限元模拟分析进行了比较．结果表明：随着冻融循环次数增加，孔隙体积分数增大，界面与砂浆压痕模量相对降低，但对骨料影响较小，导致混凝土宏观弹性模量随之降低；理论分析预测的混凝土有效弹性模量与有限元模拟结果吻合良好．应用含孔隙混凝土胞元模型能有效地预测混凝土宏观弹性模量，进而也为其在冻融作用下老化演变机理的研究评估提供了基础．