锗硅缓冲双轴应变硅材料ε-Si/Ge_(0.3)Si_(0.7)/Ge_xSi_(1-x)/C-Si内部残余应力的显微拉曼实验分析

应变硅技术是一种被称为延续摩尔定律的技术,是集成微电子技术的热点之一。本文以锗硅缓冲双轴应变硅材料(ε-Si/Ge_(0.3)Si_(0.7)/Ge_xSi_(1-x)/C-Si)为研究对象,采用显微拉曼光谱技术,开展了该多层半导体异质结构内部残余应力的实验力学分析。这是面向多层结构残余应力与表/界面力学行为的多尺度实验力学分析,本文首先简述了该应变硅的制造工艺和超低粗糙度横截面样品的加工方法,并推导了针对锗硅合金拉曼-力学测量修正关系,进而对应变硅样品的表面和横截面进行了显微拉曼力学测量实验,给出了多层异质结构内部的残余应力分布,并以此为基础讨论了多层界面的力学行为。     

纳米压痕残余应力场拉曼光谱实验研究

本文采用纳米压入仪在晶向为〈111〉和〈100〉的两种单晶硅片表面压入1000nm,卸载后得到深度约为550~570nm的压痕。使用共聚焦显微拉曼光谱仪对压痕周边区域进行测量,采用场扫描成像技术得到了压痕周边拉曼频移、半高宽、峰强等拉曼信息,通过分析由频移求得残余应力场的分布。在实验的基础上讨论了残余应力场的分布,以及晶向对应力场分布的影响,近似给出了压痕边缘最大压应力与微裂纹尖端最大拉应力。对其他拉曼信息的分析表明,半高宽和峰强信息与材料晶格结构的变化相关,在一定程度上也可以反映残余应力的作用。     

原位微拉曼测试技术在碳纳米管纤维和薄膜材料力学性能研究中的应用

利用宏观应力联合原位微拉曼测试技术对双壁碳纳米管(Carbon Nanotube,CNT)纤维和薄膜材料的力学性能进行了实验分析,探讨了拉伸加载期间纤维和薄膜内CNT的载荷响应及其与宏观力学性能的关联,揭示了两种材料力学性能差异性的微观机理。实验分析表明,CNT纤维和薄膜的拉伸变形呈现弹性、强化和损伤断裂三个阶段,但其内的CNT只发生弹性变形,没有塑性形变,且没有明显的损伤或键的断裂,纤维和薄膜呈现阶段性拉伸变形的原因可归结为滑移。纤维的弹性模量显著高于薄膜,是薄膜的4.7倍,原因是弹性阶段纤维中CNT的轴向伸长对宏观应变的贡献较大。纤维和薄膜的拉伸强度相差较小,原因是强化阶段薄膜内不断有大量CNT进入承载队伍,这也使得薄膜具有比纤维更高的韧性。     

复合材料层合板粘弹性固化残余应力分析

基于Ｓｃｈａｐｅｒｙ积分型粘弹性本构关系，推导了考虑横向剪切效应的复合材料层合板线性热粘弹性有限元分析列式，对层合板的粘弹性响应和加工成型过程中的残余应力进行了分析，给出一些有意义的结果     

多层材料结构的界面裂纹尖端复应力强度因子

本文建立了一种多层材料复合结构的界面裂纹问题分析模型。当两种材料之间插入第三种薄层弹性材料，裂纹位于第三种材料与第一或第二种弹性材料的界面上，且插页材料３＾＃的厚度相对于裂纹尺寸或平面内其他尺寸很小时，可以得到该问题裂纹尖端的复应力强度因子通式。本文用有限元法对结果进行了数值验证，并进行了有关问题的讨论。     

双层薄膜与弹性梯度基底三层结构表面失稳分析

硬薄膜/软基底结构的表面失稳问题一直是柔性电子器件的难题,基于此,本文考虑了双层结构与弹性梯度基底间的界面剪切力,建立了双层薄膜/弹性梯度基底模型;利用位移协调条件,理论推导得到了双层薄膜/弹性梯度基底结构的临界应变和失稳波长的表达式并通过有限元仿真,验证了本研究解析解的有效性。在此基础上,应用此解析解进一步研究了弹性梯度基底的材料、双层薄膜结构厚度比等参数对临界应变和波长的影响。结果表明：减小器件层的厚度或者增加封装层的厚度,可以提高双层膜/弹性梯度基底结构的稳定性;当弹性梯度材料基底表面“较软”或器件层“较硬”时,器件层与基底界面的剪切力的影响较大,可以提升三层膜/基结构抵抗界面破坏的能力。本研究成果将为硬薄膜/弹性梯度基底结构的柔性电子器件的制备提供理论支撑。     

喷丸镍基合金材料微区残余应力的切槽法测量研究

本文结合聚焦离子束-电子束(Focused ion beam-electron beam,简称FIB-EB)双束系统和真空镀膜工艺,进行微区散斑的制备工艺研究,并将所发展的微散斑制备工艺应用于喷丸镍基合金材料表面制斑,进而结合切槽法进行残余应力高温释放规律的测量研究。在FIB-EB双束系统下记录切槽前后制斑微区的图像,利用数字图像相关法计算切槽后的位移,结合InglisMuskhelishvili理论公式可计算得到残余应力。文中研究了不同温度及保温时间对残余应力释放的影响规律。结果表明,残余应力随保温时间的增长释放速度逐渐减小,最后残余应力趋于稳定值。同时,温度越高,残余应力释放越彻底,800℃下近乎完全释放。该工艺具有适用性好,效率高等优点,可望在材料微区变形测量中得到进一步应用。     

多层材料结构的界面裂纹尖端复应力强度因子

本文建立了一种多层材料复合结构的界面裂纹问题分析模型。当两种材料之间插入第三种薄层弹性材料,裂纹位于第三种材料与第一或第二种弹性材料的界面上,且插页材料3~#的厚度相对于裂纹尺寸或平面内其他尺寸很小时,可以得到该问题裂纹尖端的复应力强度因子通式。本文用有限元法对结果进行了数值验证,并进行了有关问题的讨论。     

微拉曼光谱研究M55JB碳纤维/微滴的拉伸变形行为

使用评价纤维/基体界面力学性能的新方法纤维微滴拉伸测试,来研究M55JB碳纤维/环氧树脂基体之间的界面应力传递性能。使用自制的微加载装置对碳纤维/环氧树脂微滴试样进行对称式拉伸测试,用微拉曼光谱仪记录下不同应变下的嵌入微滴内纤维上的拉曼频移信号,经过应力/频移关系转换成纤维轴向应力。实验结果显示,微滴内纤维轴向应力随载荷而明显增加。根据界面力平衡模型得到相应的界面剪切应力呈反对称式分布,在纤维嵌入端存在剪应力集中。新测试方法能保证嵌入微滴内纤维上的应力呈对称式分布,而且能降低纤维嵌入端附近的应力奇异性。     

利用双面剥层X射线应力测定技术测量板状试样的残余应力分布

在具有矩形截面的平板或棒材的双面剥层X射线应力测定中,可以用幂级数来分段近似沿厚度方向变化的剥离面的实测应力曲线,从而计算剥层所产生的附加应力,求得原始真实应力沿厚度方向的分布.文中给出计算应力校正量的公式,并且用实测例说明,用项数不多的幂级数来近似实测应力曲线,就能得到足够高的近似程度,获得令人满意的校正结果.     

局部屏蔽法在X—Ray残余应力测量中的应用

本文所述的局部屏蔽法即是在Ｘ射线测量过程中的下遮挡法，即是将被测部位暴露出来，而将其余部位进行遮挡以对Ｘ射线进行屏蔽。局部屏蔽法是解决应力梯度测量中的一种有效方法，本文解决了遮挡法的关键问题并取得了良好的效果     

Stress Analysis And Geometrical Configuration Selection for Multilayer Piezoelectric Displacement Actuator

Multilayer piezoelectric ceramic displacement actuators are susceptible to cracking in the region near the edge of the internal electrode, which may cause system damage or failure. In this paper, the stress distribution of a multilayer piezoelectric composite is investigated in a working environment and the optimized geometrical con?guration of the piezoelectric layer is obtained. The stress distribution in the structure and the stress concentration near the edge of th…     

基于油膜干涉法的表面摩擦应力测量技术研究

本文应用油膜干涉法及速度型方法在平板模型上进行低速湍流的表面摩擦阻力测量,探索了油膜法测量表面摩擦阻力的实验技术,分析了不同实验方式对测量结果的影响以及实验误差产生的原因.研究表明,模型安装方式、油膜布置方式以及重力作用的影响在油膜干涉法中基本都可以忽略,在精度要求不高的情况下,不需要对结果进行修正.通过采用热膜法和油...     

热障涂层氧化残余应力大小与演化过程测试

热障涂层是一种应用广泛的提高高温部件工作效率的技术,在通常的涂层中,粘结层起到过渡和保护基体氧化的作用,在高温环境下,粘结层会发生氧化,而氧化产生的残余应力将引起热障涂层的损伤,表现为涂层的屈曲、起裂和剥落,导致热障涂层失效。研究测试和检测涂层的残余应力,对于评估涂层的安全性和寿命是非常重要的。本文用应力引起光学频谱位移的方法测试了空气等离子喷涂热障涂层中残余应力的大小及分布,并测试了残余应力的大小随氧化时间的演化过程。     

整体化复合材料结构残余应力实验研究

通过钻孔法测试了T型整体化复合材料结构件在不同固化工艺方案下的残余应力,并研究了多墙类加筋壁板的腹板和蒙皮的残余应力分布,以及不同钻孔深度对结构件内部残余应力测试结果的影响。研究结果表明:共固化方式下产生的残余应力要小于胶结共固化方式下的残余应力。     

缺口根部和裂纹尖端残余应力的X射线法测定

X射线法用于缺口根部和裂纹尖端等徽区的残余应力测试的先决条件是解决缩小光束直径、提高衍射束的强度和准确设置试样等技术问题.在X射线衍射仪上借助于自行设计制造的限束对光装置和侧倾对中附件,成功地测定了缺口根部半径为1mm的喷丸残余应力场和板形试样压-压周期载荷下裂纹尖端的残余拉应力场.     

激光诱导应力波测量薄膜界面强度研究进展

薄膜界面强度是影响多层薄膜装置性能的重要参数。激光诱导应力波技术是在可控制和非接触条件下定量测量薄膜界面强度最有效的技术之一。在采用高强度应力波短脉冲加载实现界面层裂的同时，通过光学测量薄膜自由面瞬态位移，并利用应力波理论计算得到临界界面强度。通过精确控制试样几何形状及尺寸，包括拉伸、剪切和复合型在内的各种界面加载模式都可以实现。本文对激光诱导应力波测量薄膜界面强度研究进展进行了综述，并特别强调了不同加载模式的实现方法，高强度超薄薄膜的界面测量技术，以及如何通过辨别薄膜自由面瞬态位移光学干涉信号中的某些特殊性征来实时判断和测量界面的层裂。     

Improvements in Residual Stress Measurement by the Incremental Centre Hole Drilling Technique

This paper presents results which advance and improve the usefulness, accuracy and efficiency of incremental centre hole drilling as a method of measuring near surface residual stress fields. Particular emphasis is placed on providing optimal values for the number of drilling step increments to be used and their corresponding size. Guidelines on the optimal values for the number and size of steps to use during measurements are presented for various ratios of hole radius to strain gauge rosette radius in the form of tabulated data. These guidelines are subsequently incorporated into a new data analysis program which permits very near surface residual stress fields to be accurately determined in real components. The benefits of the new approach are highlighted by reporting the results of measurements made on three industrial components, each of which has been subjected to a well-known engineering process. These components are a shot-peened spring-steel, a friction stir welded aluminium alloy, and a titanium alloy subjected to three different machining processes. The results reveal that the improvements to the incremental centre hole drilling technique can provide measured residual stresses from depths ranging from about 10 m to 1 mm.     

Displacement Determination by Holographic Interferometry for Residual Stress Analysis in Elastic Bodies

A method is developed for determining the three displacement components by the method of holographic interferometry from two interferograms used to measure residual stresses by hole drilling. The displacements are determined at the intersection points of the principal axes and the hole boundary. The method is experimentally validated by measuring the stress state of a plate under uniaxial tension __________ Translated from Prikladnaya Mekhanika, Vol. 41, No. 8, pp. 111–117, August 2005.