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单晶铜纳米压痕初始塑性变形行为实验研究

作　者: 蔡晶琦
导　师: 单德彬
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 纳米压痕单晶铜初始塑性变形位错发射
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 358次
引　用: 2次
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内容摘要

以形状尺寸微小或操作尺度极小为特征的微机电系统(MEMS)和纳米机电系统(NEMS)越来越受到人们的高度重视,对于尺度在100μm量级以下的样品,会给常规的拉伸和压缩试验带来一系列的困难。纳米压痕实验,由于在材料表面局部体积内只产生很小的压痕,正逐渐成为微/纳米尺度力学特性测量的主要工作方式。然而,当前对纳米压痕机理的系统研究十分缺乏,并侧重于模拟的研究方法,关于材料在纳米压痕过程中变形行为的实验研究鲜有报道。因此,开展微纳米尺度下材料变形行为的实验研究十分必要。为了研究单晶面心立方材料的微纳米尺度下变形行为,本文以纳米压痕实验为主要手段,分析了单晶铜初始塑性变形行为、表面形貌和晶体缺陷对单晶铜初始塑性变形的影响。对单晶铜(100)晶面和(110)晶面进行了浅表层次的纳米压痕实验,结果表明(100)晶面在纳米压痕过程中表现出更大程度的弹性变形。同时对压痕周围材料发生凸起的原因和产生的影响进行了分析,认为单晶铜纳米压痕时周围材料的凸起将导致纳米硬度和测量的弹性模量值偏大。为了研究表面形貌的不均匀性对单晶铜初始塑性变形行为的影响,通过循环退火的方法,在单晶铜表面制备得到纳米级的表面台阶,并对表面台阶高低两侧的纳米压痕实验数据进行对比分析,结果表明表面台阶的存在并不影响单晶铜初始塑性变形机理和载荷位移曲线的第一次突降。通过透射电子显微镜,对(110)晶面上压痕点周围的位错形态进行了观察,除了观察到纳米压痕周围生成的位错网络,还发现有层错、不全位错及位错环的共存。表明单晶铜的初始塑性变形与位错的发射有密切的联系,纳米压痕载荷—位移曲线上的屈服台阶是位错发射和运动的结果。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-17
  1.1 课题背景  9
  1.2 微纳米尺度材料性能研究进展  9-16
    1.2.1 微纳米尺度材料性能测试实验研究进展  10-14
    1.2.2 微纳米尺度力学特性模拟研究进展  14-16
  1.3 本课题研究内容、目的和意义  16-17
第2章纳米压痕测试基本原理  17-22
  2.1 引言  17
  2.2 纳米压痕测试的基本思想和理论基础  17-21
    2.2.1 纳米压痕技术的基本思想  17-18
    2.2.2 纳米压痕实验的基本假设  18
    2.2.3 材料基本性能参数的计算  18-20
    2.2.4 纳米硬度与宏观硬度的比较  20-21
  2.3 本章小节  21-22
第3章单晶铜纳米压痕实验研究  22-34
  3.1 引言  22
  3.2 实验方案的制定  22-23
  3.3 实验设备及条件  23-28
    3.3.1 纳米压痕设备的选用  23-25
    3.3.2 试样制备  25-27
    3.3.3 纳米压痕实验参数的制定  27-28
  3.4 单晶铜纳米压痕形貌  28-33
  3.5 本章小结  33-34
第4章单晶铜纳米压痕初始塑性变形行为研究  34-55
  4.1 引言  34
  4.2 光滑表面单晶铜实验结果分析  34-44
    4.2.1 单晶铜的初始屈服点  35-37
    4.2.2 硬度与弹性模量  37-39
    4.2.3 晶向对单晶铜初始塑性变形影响  39-43
    4.2.4 单晶铜凸起对硬度及弹性模量测量值的影响  43-44
  4.3 非均匀表面单晶铜实验结果分析  44-54
    4.3.1 表面台阶对单晶铜初始塑性变形的影响  44-48
    4.3.2 晶体缺陷与单晶铜初始塑性变形的关系  48-54
  4.4 本章小结  54-55
结论  55-56
参考文献  56-60
哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明  60
哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书  60
哈尔滨工业大学硕士学位涉密论文管理  60-61
致谢  61

单晶铜纳米压痕初始塑性变形行为实验研究

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