基于应变率阶跃测试的晶体铜压入应变率敏感性研究

纳米压入测试可以原位获取材料的诸多力学性能,包括弹性模量,硬度,屈服应力,应变率敏感指数等。本文利用应变率阶跃测试技术对多晶铜试样的应变率敏感性进行测试分析,硬度-位移曲线表明压头下方所存在的变形梯度对各阶跃应变率下的硬度值存在明显影响;采用基于晶体细观机制的塑性应变梯度理论对压入变形梯度效应予以修正,比较了修正与未修正数据所得的应变率敏感指数,在有效剔除压入变形梯度影响的基础上,应变率阶跃测试可实现单次压入下材料应变率敏感性的测试表征。     

无铅焊料合金压入蠕变性能参数表征研究

微互连焊点高温下的服役可靠性很大程度上决定了电子产品性能的优劣，本文通过微纳米压入法开展了典型无铅焊料合金Sn-3.0Ag-0.5Cu 的高温蠕变性能研究，采用“快速加载–保载–快速卸载”的测试方式获取不同温度下完备的蠕变行为，分析发现温度升高焊料软化加剧、蠕变变形更为明显；得到了焊料合金不同温度下的稳态蠕变应力指数n 与不同硬度下的蠕变激活能Q，分析了温度与硬度对二者的影响并给出激活能Q 与lnH之间的关系．     

基于纳米压入法Sn-Ag-Cu无铅焊料高温力学性能的研究

无铅化和微型化已经成为电子封装的发展趋势,温度对无铅焊点的可靠性产生了不可忽视的影响。本文对Sn96.5Ag3Cu0.5无铅焊料进行回流处理,采用纳米压入法研究其在实际工况下的高温力学性能。结果表明,温度对焊料试样的力学性能影响显著。随着温度的升高,弹性模量和硬度逐渐降低,焊料发生软化;较高温度下的蠕变应力指数较小,焊料的蠕变抗力降低,其相应的蠕变激活能为76kJ/mol。由此可知,随温度的升高,焊料的蠕变机制由位错攀移逐渐转变为晶界滑移。     

基于微纳米压入法提取无铅焊料合金弹塑性力学参数的研究

本文通过微纳米压入法结合数值模拟研究了无铅焊料合金SnAg3.5 的弹塑性力学性能，分别采用圆柱形压头及两种不同锥角压头对无铅焊料合金进行压入测试：基于圆柱形压头测试过程中接触面积恒定的特点得到了无铅焊料的弹性模量，进一步采用塑性应变梯度理论对两种锥角压头的测试结果予以修正并通过数值模拟反分析得到相应的特征应力值，同时基于压入特征塑性应变与压头锥角的关系式得到两种不同锥角压头下的特征应变值，在此基础上经求解方程组得到焊料合金的初始屈服应力与应变强化因子，进而得到了焊料合金的幂强化弹塑性本构关系．该方法剔除了压入尺度效应的影响并保证了所得本构关系的唯一性，给出了一种通过原位压入测试表征金属材料弹塑性力学性能的有效方法．     

放电等离子烧结制备ZrB2-SiC超高温陶瓷的力学性能及氧化行为

在服役环境中,超高声速飞行器表面与空气剧烈摩擦导致温度极高。超高温陶瓷相较于一般陶瓷而言具有高熔点和良好的抗氧化烧蚀性能,是目前极具前景的热防护材料之一。采用放电等离子两步烧结工艺将ZrB2纳米粉末和SiC粉末在1700℃下制备超高温陶瓷材料ZrB2-20%SiC,通过纳米压痕微观实验、三点弯实验研究其力学性能及其在高温环境下的氧化行为,着重分析1000、1200、1400和1600℃4种不同氧化温度下ZrB2-20%SiC超高温陶瓷的氧化表面、氧化截面和氧化层厚度。结果表明:ZrB2-20%SiC超高温陶瓷的硬度为18 GPa,弹性模量为541 GPa,断裂韧性为5.7 MPa·m1/2;当氧化温度为1600℃时,超高温陶瓷内部的SiC由被动氧化转变为主动氧化,并且随着氧化温度升高,超高温陶瓷氧化层厚度与氧化温度呈正相关。     

内凹负泊松比蜂窝结构的面内双轴冲击响应

利用有限元模拟方法研究了内凹负泊松比蜂窝结构的面内双轴冲击响应。用节点扰动方法建立了具有不同规则度的内凹负泊松比蜂窝结构,并将其在不同冲击速度下的变形模态、应力-应变曲线和能量耗散能力与规则蜂窝进行了对比分析。结果表明,冲击速度是内凹蜂窝结构变形模态最主要的影响因素。此外,在双轴冲击下,由于不规则度的引入,延长了应力-应变曲线的平台阶段,抑制了结构的各向异性程度,从而使结构的变形特征从局部密实转向整体密实。在能量吸收能力方面,结构的不规则性导致了密实化阶段的滞后,因此在相同的压缩程度下,其塑性耗散能低于规则模型。     

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。     

电子互连导电胶的率相关剪切力学行为表征

电子封装互连时芯片与封装基板力/热性能的不匹配及电子产品使役中所遭受的振动、跌落及冲击易使导电胶互连层发生不同程度的剪切变形乃至胶连失效，开展电子互连导电胶的率相关剪切力学行为表征是胶连封装结构可靠性研究的重要基础；针对率相关剪切力学行为有效获取有别于金属/合金类材料的胶连层，本文采用Instron万能材料试验机与分离式霍普金森压杆装置(SHPB)对50wt.%、60wt.%银含量导电胶搭接互连铜板双剪切试样开展了不同加载率下的剪切测试表征，通过对SHPB的入射波整形保证了胶连层开始发生剪切破坏前后较大时间范围内试样在恒应变率下的应力平衡及均匀变形状态；得到了不同工况下胶连件的剪切失效模式并给出了消除胶连件铜板弹性变形影响的胶连剪切应变与应变率获取方法，分析了加载率与导电颗粒对胶连剪切变形行为及剪切强度的影响；消除胶连件铜板弹性变形后的胶连剪切应变与剪切应变率值相对较小，不同工况下的导电胶互连剪切主要表现为胶粘接失效模式，准静态下较低银含量胶连件的剪切强度相对较高而动态下则相反；研究结果对导电胶在电子工业领域的高效应用及胶粘接结构剪切力学行为的有效表征具有重要意义.     

电子互连导电胶的力学性能及胶连点跌落冲击行为

电子互连导电胶在便携式电子产品中具有广泛的应用前景，其在服役过程中常承受跌落冲击工况，导致微小导电胶互连点处产生相对较高的应变率，因此关于导电胶在较高应变率下的力学行为及胶连点跌落可靠性研究显得尤为重要。以环氧树脂基添加银导电颗粒各向同性导电胶(ICA)为研究对象，采用万能试验机和分离式霍普金森压杆装置对其开展不同应变率下的力学性能研究，在此基础上进行导电胶互连封装结构的跌落冲击数值模拟分析。结果表明：固化导电胶在动态时具有明显的应变率效应；跌落冲击时，关键胶连点出现在4个边角处且小角度跌落比水平跌落更危险；两种跌落方式中，基座长边跌落方式在关键胶连点处产生的应力、应变相对较大。     

基于微纳米压入法的高熵合金柏氏矢量研究

采用微纳米压入法对CoCrFeNiMn高熵合金进行多种应变率下的压入测试研究,实验获得了材料硬度与压深之间的关系并通过计算分析得到了其不同工况下的柏氏矢量值,探究了压入深度和应变率对柏氏矢量的影响．实验结果表明,所测材料柏氏矢量值在一定范围内呈现出一定的波动性,随着压深的增大,柏氏矢量表现出尺寸效应,即柏氏矢量随压深呈增加趋势;并且在同等压深下,柏氏矢量存在率效应,随着应变率的增加,柏氏矢量值先减小后增加,柏氏矢量从滑移主导向原子失配主导的转变是其率效应转变的主要原因．