薄膜/涂层的摩擦学设计及其研究进展

介绍了近年来有机分子自组装薄膜(SAMs)、物理气相沉积(PVD)和化学气相沉积(CVD)类金刚石薄膜(DLC)、液相法制备类金刚石薄膜、功能梯度薄膜以及绿色环保电化学沉积镀层的制备及其摩擦学研究进展,讨论了薄膜/涂层的制备方法和影响薄膜/涂层结构及其摩擦学性能的各种因素,评述了几种具代表性的薄膜/涂层摩擦磨损机理,分析并指出了SAMs、DLC、梯度薄膜和电镀镀层的摩擦学研究方向.     

硬质聚氨酯泡沫力学特性的静水压力加载实验方法研究

泡沫材料在多轴载荷下的力学性能是工程中非常关心的问题。利用土壤的三轴压缩试验装置,通过试验方法的改进,提出了一种体应变测定和修正的方法,对硬质聚氨酯泡沫材料的静水压力特性进行了研究,得到了一些有价值的数据和结论。研究表明:在准静态静水压加载条件下,该材料的应力-应变曲线明显地分为弹性段、塑性段和压实段,且屈服强度比单向压缩时略大、压实应变略小。最后通过不同高度的试样对比试验,对聚氨酯泡沫材料的不均匀变形和弯曲的原因进行了分析和比较,指出了试验时应该注意的问题。     

层状盐岩力学特性研究进展

盐岩具有孔隙度低,渗透率小,损伤自恢复和塑性变形能力大等特性.本文着眼于深部盐岩能源地下储备,在简要介绍国内外盐岩力学特性研究现状基础上,着重综述了近期关于层状沉积型盐岩工程力学特性研究的进展.层状盐岩压缩试验表明泥质硬石膏夹层对盐岩体的变形和破坏特性有明显的影响,揭示了复合岩体的变形和破坏机制;层状盐岩流变试验表明层状盐岩的蠕变主要由盐岩层控制,硬夹层的存在对溶腔围岩的长期蠕变起到抑制作用;为了深入了解界面的力学特性,开展了层状盐岩直接剪切试验、间接拉伸试验和界面微观分析试验,试验表明层状盐岩体中盐岩夹层界面具有较强的黏结力,这十分有利于盐岩溶腔的密闭性和稳定性;针对特殊的层状岩体提出了复合岩体Cosserat介质扩展本构模型,并应用于层状盐岩构造中能源储库稳定性分析中.最后指出了层状盐岩工程力学特性研究中值得关注的几个重点研究方向.      

切削刀具多层涂层的力学特性和耐磨性

利用纳米硬度计研究了硬质合金基体上ＣＶＤ沉积ＴｉＮ,ＴＩＮ／Ｔｉ（Ｃ,Ｎ）／ＴｉＣ、ＴｉＮ／ＴｉＮ／Ｔｉ（Ｃ,Ｎ）／ＴｉＣ／Ｔｉ（Ｃ,Ｎ）／ＴｉＣ和ＴｉＮ／Ｔｉ（Ｃ,Ｎ）／Ｔｉ（Ｃ,Ｎ）／ＴｉＣ／Ｔｉ（Ｃ,Ｎ）／ＴｉＣ等４种涂层的硬度和断裂韧性。讨论了载荷与压入深度关系曲线上的台阶和载荷与压入深度平方关系曲线上的直线段与涂层的断裂失效的界面失效的关系,指出可用临界载荷ｐｔ和ｐｉ来分别描述涂层的断裂     

昆虫翅膀结构及其力学特性研究进展

昆虫普遍具有高超的飞行技巧,其翅膀是与飞行能力相适应的精巧结构．本文对近年来关于昆虫翅膀结构特征及其力学特性的研究内容进行综述．研究进展主要包括两个阶段：第一,重点关注昆虫翅膀轻薄而坚韧的整体结构,通过简单模型分析几何形状、三维构型、脉络分布等因素的影响;第二,聚焦翅膀上复杂而多样的微观结构,包括翅结、柔性关节和血淋巴流动等特征,研究它们在翅膀运动和变形中发挥的主动控制及被动效应．最后对未来可能的研究方向予以展望．     

含天然气水合物土微观力学特性研究进展

天然气水合物作为一种资源储量大、分布范围广、能量密度高的清洁能源, 受到了国内外的广泛关注, 竞相研究安全高效、持续可控的开采方法. 充分掌握含天然气水合物土的力学特性并厘清其在开采过程中的动态演化规律, 是实现天然气水合物资源产业化开发的重要前提. 含天然气水合物土的力学响应行为本质上是其内部结构演化的宏观反映, 相关的微观力学特性研究对于深化含天然气水合物土力学特性认识具有重要的意义. 本文从天然气水合物晶体、天然气水合物与土颗粒界面、含天然气水合物土3个尺度对含天然气水合物土微观力学特性的研究现状进行了总结, 系统归纳了天然气水合物的晶体结构类型及天然气水合物的孔隙微观赋存模式; 重点介绍了计算机断层扫描、扫描电子显微镜、X射线衍射及原子力显微镜等微观测试技术原理与特点; 简述了与计算机断层扫描联用的三轴剪切实验、颗粒流程序模拟及分子动力学模拟在天然气水合物微观力学特性研究方面的最新进展; 综合现有研究结果对含天然气水合物土内颗粒界面剪切机理及微观力学理论模型进行了概述分析; 最后探讨了含天然气水合物土微观力学研究目前仍存在的不足与挑战, 并给出了针对性的建议以期促进含天然气水合物土的力学特性研究发展.      

岩石裂纹演化及其力学特性的研究进展

综述评介了岩石裂纹（缺陷）演化及其力学特性研究的近期进展．其内容包括：微细观裂纹演化及其力学特性,时间相关性,裂纹扩展与岩石破坏,并结合某些工程问题进行了讨论．     

半导体量子点结构的特性及力学研究进展

量子点结构具有独特而优异的光学和电学等性能, 是当前国际研究的热点问题之一.量子点异质结构中的弹性场会对量子点结构的制备、加工及其光学和电学等物理性能产生重要影响. 本文以此为背景, 从低维量子限制系统所遵循的量子力学规律及其特点、半导体量子点的物理性能及表征、半导体量子点制备技术等方面较为全面地介绍半导体量子点结构的研究进展, 并着重介绍在半导体量子点结构的力学研究方面以及力学性能与物理性能耦合研究等方面的一些研究结果.      

薄膜/基板层合材料几个力学问题的研究进展

本文阐述了近年薄膜／基板层合材料在力学性能、破坏模式、残余应力等几个问题的研究进展并对薄膜／基板层合材料的表面增强与表面损伤问题作了初步探讨     

曲面薄膜结构褶皱失稳力学

薄膜结构褶皱失稳在微观和宏观尺度会出现相似的形貌,在过去二十年里引发了学者们极大的研究兴趣.而几何曲率对薄膜结构的失稳临界、形貌选择和后屈曲演化起着至关重要的作用.本文回顾近二十年来平面和曲面薄膜结构褶皱失稳力学研究进展,聚焦曲率影响下的薄膜拉伸和膜基结构在各种激励下的稳定性问题.有限应变板壳理论模型和数值计算方法的发...     

Measurement of Mechanical Properties of Thin Film by Membrane Deflection Test

Micro-tensile properties of Au thin films were measured using a membrane deflection testing system. During the membrane deflection test, the deflection of the film was measured by an out-of-plane electronic speckle pattern interferometric (ESPI) system. From the measurement, the tensile loads and strains exerted on the membrane film during the deflection of the film could be determined. Quantitative analysis of the phase maps of the ESPI speckle patterns corresponding to the respective different deflection levels provided the deflection distribution along the testing section of the film. Test pieces were fabricated by electromachining process using 0.5 and 1. 0 μm thick Au films which were deposited on the silicon wafer by sputtering technique. Tensile properties, including elastic modulus, yield and tensile strength, were evaluated in the tensile stress-strain curve determined from the load-deflection relation. These properties were compared to those obtained from the micro-tensile tests. It was found that the yield and tensile strengths obtained from the deflection tests were lesser than those from the micro-tensile tests. Furthermore, the thickness effect, showing the increasing tendency of yield strength with decreasing thickness, was experimentally examined.     

InSb薄膜的剪切性能研究

InSb薄膜广泛应用于高精度的光电存储、红外探测等技术中.为了提高InSb材料的剪切强度,优化其力学性能,论文对InSb薄膜分别从不同厚度、温度、滑移系取向、孔洞密度等几个方面,对InSb薄膜的剪力响应及其原子构型演变进行分析,以研究其剪切强度和韧性的影响因素.发现厚度较大的薄膜具有更大的弹性模量和极限强度.而温度升高会导致材料的强度极限以及剪切韧性降低.同时还观察到10%孔洞密度下孔洞形状对材料的剪切性能有明显影响而20%孔洞密度下形状不再明显影响材料的剪切性能.此外在不同滑移系取向的研究中发现,滑移系取向对于材料的剪切强度和剪切韧性的影响是不同步的,例如(110)[1-10]滑移系下剪切强度降低而剪切韧性增强.上述结论对于提升InSb材料的剪切性能,合成出具有优异力学性能的InSb光电、磁敏材料具有指导意义.     

鼓泡法试验薄膜力学行为的研究

本文采用弹性理论,研究了鼓泡法试验过程中,外力(P)与薄膜中心挠度(w_0)之间的本构关系,计算出P与w_0的数学表达式.该分析模型考虑了薄膜内延展变形及薄膜中残余拉应力对本构关系的影响,并在较大挠曲区间范围内(挠度为10~(-2)～10~2倍薄膜厚度)分析本构关系特征.分析结果表明,外力与薄膜中心挠度之间本构关系可表示为:P∝w_0~n,n为指数.随着薄膜中心挠度的增加,薄膜的主要力学行为由弯曲过渡到延展,本构关系由线性过渡到立方关系,本构关系方程指数n由1增加到3.利用本构方程进行数值计算结果表明,薄膜挠曲所需外力随着薄膜半径增加而减小,随着残余拉应力的增加而增加.相对于以往不考虑延展变形的小挠度模型,本文所提出的力学模型更适合于大挠度条件下鼓泡法试验.     

电镀铜薄膜力学性能的实验研究

电子器件中大量使用铜膜作为电信号通道,而且一般采用电镀工艺制成.铜膜的力学性能参数对于其热疲劳可靠性的研究非常重要.目前有关该材料的力学性能研究尚不充分,而且数据极为不统一.本文借助于纳米压痕法、声发射等实验手段对电镀铜薄膜的静态力学性能(包括弹性模量和屈服强度等)及疲劳性能进行了测试.结果发现,与大块铜材料相比,电镀铜薄膜的弹性模量低很多,但屈服强度与大块铜材料相当,甚至高出200％.同时,本文采用弯曲疲劳实验,以电阻变化为失效判据,对镀铜材料的疲劳性能进行了测试,获取了该材料不同失效判据下的疲劳寿命预测模型的系数.     

纳米压痕法研究PZT压电薄膜的力学性能

PZT压电薄膜的力学性能如弹性模量、硬度等对于MEMS器件的结构设计、结构响应特性、服役性能等尤为重要。薄膜材料由于尺寸效应、表面效应等的作用，力学性能与宏观块体材料有显著差异。本文用纳米压痕法获得了PZT压电薄膜的弹性模量和硬度，考察了基底的影响，分析了退火时间对于其力学性能的影响，以及硬度和压入深度之间的压痕尺度效应。     

二氧化钛薄膜材料的制备及其摩擦学研究

利用溶胶－凝胶法（Ｓｏｌ－ｇｅｌ）制备了单层及双层ＴｉＯ２薄膜材料,分析结果表明所制薄膜主要由非晶ＴｉＯ２纳米颗粒组成,单层及双层ＴｉＯ２与钢球及Ｓｉ３Ｎ４陶瓷球对摩在轻载荷（３Ｎ）下具有良好的减摩与抗磨性能,与钢球对摩时失效循环次数分别为３７６和１８５６,与陶瓷球对摩时失效循环次数分别为２２８０和２３４３,玻璃基片主要发生脆性裂纹及严重的磨粒磨损,ＴｉＯ２薄膜则发生塑性变形及轻微磨粒磨损。     

薄膜应力应变曲线和基本力学性能测试

本文采用白光散斑和数字散斑两种方法测量了厚度在１－６０μｍ）之间康铜孤立膜和其上喷镀ＴｉＯ２后复合膜的应力应变曲线，并成功地利用一种新方法－复合材料分离法由孤立膜和复合膜应力应变曲线分离出ＴｉＯ２膜的应力应变曲线，同时给出了它们的基本力学性能（如（ｅ，ｑｓ，ｑｓ，Ｋ）测量结果表明这一方法对于微电子及其组件中常用的薄膜（１－６０μｍ）及超薄膜（０．１－１μｍ）的应力应变和基本力学性能的测量有普遍意义     

氮化钛硬质薄膜在不同种类润滑油下的摩擦学性能研究

采用球-盘摩擦试验机分别考察了氮化钛硬质薄膜与轴承钢和氮化硅陶瓷组成的摩擦副在不同种类润滑油条件下的摩擦学性能,并表征了其磨痕表面形貌与元素成份.结果显示:与Ti N硬质薄膜干摩擦性能相比,润滑油可显著降低摩擦系数,延长磨损寿命,且具有较长烷基碳链的润滑油性能较优;当上试球材料不同时,其油润滑条件下的性能亦不同.相同润滑油条件下,氮化硅球作为摩擦副时,其润滑性能优于轴承钢球.磨痕表面形貌及能谱分析结果表明:具有较长烷基碳链的润滑油在摩擦副研磨滑动过程中起到油性剂的作用,而短碳链硅油分子结构中含有氯元素,虽通过摩擦化学反应生成边界润滑膜,但不完整致密,以致短时间内润滑失效.     

陶瓷再生粗骨料混凝土力学性能研究

采用硅烷偶联剂KH-550溶液浸泡陶瓷再生粗骨料,改变其表面性能,从而增强陶瓷骨料-水泥石界面的粘结性能。使用处理后的陶瓷骨料制备陶瓷再生混凝土,并对其进行了立方体抗压强度试验和弹性模量测试。结果表明:随着陶瓷粗骨料掺量的增加,再生混凝土的强度降低;当掺量为60%时,再生混凝土的弹性模量较原碎石混凝土提高了3.2%;当掺量为100%时,再生混凝土抗压强度仍然满足要求。