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《介观尺度金属孪晶变形的强烈晶体尺寸效应》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、中国基础科学研究进展介观尺度金属孪晶变形的强烈晶体尺寸效应孙军金属材料强度国家重点实验室(西安交通大学),西安710049摘要主导许多材料力学行为的孪晶变形本性能应该具有材料常数性质,如电阻率、熔点、相变点与强度等,而不应具有材料试样几何尺寸依赖是一种局部晶体高度协调一致的非弹性剪切性。但近年来的研究却表明,当所用材料的特征尺变形过程,其发生原因与时空特性仍然保持寸逐渐由m量级减至亚m甚至nm量级,上述材着某种神秘色彩。本项研究利用纳米压入仪料常数的性能指标随其尺度可发生明显变化,以往下微柱体压缩与相应的透射电镜原位定量变成
2、熟使用的材料宏、微观性能表征理论和方法面临形表征技术,发现随所用钛铝合金单晶外观严峻的挑战和质疑。以金属材料的力学行为和性能为例,用于表征其变形行为和性能基本参量的各种尺度逐步减小到1个m时,孪晶切变所需应物理机制均有其特定而不同的临界尺寸。如用于表力随之显著提高,表现出很强的尺度依赖性。征金属疲劳行为和性能的位错结构,其临界尺度在当晶体的外部几何尺度进一步减小到亚m几个m的量级;表征金属塑性行为与性能的单根位量级时,材料的塑性变形方式发生了根本性错的尺度约在100nm左右。当所用材料的外形几何尺寸至少在一维方向上减小到接近、甚至
3、低于上述的转变,孪晶变形完全由通常的位错滑移变各种物理机制的临界尺寸时,在有限尺度空间约束形取代,而材料所能承受的最大流变应力亦下,材料内部各种物理机制都会!感觉到∀表面和界呈现出一种接近于所用材料理想强度水平的面的存在,即表面和界面对材料性能的影响已经不!应力饱和∀平台现象。本研究提出了以螺位容忽视,原适用于宏、微观领域并分别基于连续介错为媒介的孪晶变形!受激滑移∀模型,完美质/统计物理学和量子力学的知识尚不能解决这一尺度下的材料性能尺度依赖性问题。而已经大规模地解释了孪晶变形具有强烈晶体尺寸效应的应用但对其基本性能知之甚少的微器件所
4、用材料的内在原因。尺寸却大多处于这一尺度范畴。关键词:介观尺度孪晶变形尺寸效应伴随着微电子元器件与微机电系统(MEMS)等中图分类号:TG146.2;O76文献标识码:A技术的进步,所用材料外形特征尺寸的下限也逐渐文章编号:10092412(2010)02001803减小至亚m甚至nm量级,而该尺度正是材料塑性变形基本物理机制作用的空间范畴。也就是说,微DOI:10.3969/.jissn.10092412.2010.02.005纳尺度材料中,材料变形载体的特征尺度,如位错线与孪晶缺陷的特征尺度与作用空间,开始和材料
5、的所谓介观尺度即介于与原子结构对应的微观尺外部几何尺寸处于相似量级。比如块体钛合金中变度和连续介质理论适用的宏观尺度的中间尺度范形孪晶的尺度一般在0.1#10m之间。当具有不同畴。在构成材料科学与工程学科基础的以成分/结尺寸的微元器件中零部件所用材料外形几何尺寸与构、合成制备、基本性能、服役效能为顶点的四面体其相近、甚至更小时,孪晶是否仍然会发生?其临界中,传统的观点认为,对于块体金属材料,在材料成条件和性能是否会随尺寸而改变?等等,这些都是分/结构与合成制备等条件确定的前提下,材料的基当前材料科学领域中的前沿性课题和令设计工程师
6、收稿日期:201025修回日期:201045们异常感兴趣的问题。本文作者:孙军,教授,junsun@mai.lxjtu.edu.cn。因此,作为材料开发和应用的重要步骤,如何准研究资助:国家973计划(2010CB631003);国家自然科学基金确地测量和表征这些微小器件在制备和服役过程中(50720145101,50831004)。的力学性能成为事关其高性能设计制备与安全使用20102ChinaBasicScience18中国基础科学研究进展的关键性问题,也是材料科学发展所必须面对的挑一项在0.08#0.2
7、5m尺度间的部分实验结果所再战。以前对这一方向的研究主要集中在位错的滑移次证实[7]。行为[1],而对于材料的另一种重要塑性变形方更为重要的是,这种转变的特征尺度是在m向式###孪晶在微小尺度材料中的成核与演化过程却亚m过渡的范围,即在微器件和微机电系统等实际鲜有报道。此外,以位错滑移变形为主导的多晶金应用中所用材料的尺度范围。根据孪晶变形和位错属材料存在一定的临界特征尺度。当材料的晶粒尺滑移变形在物理机制层次的特异性,我们的研究提寸小于该特征尺度时,描述材料力学行为的经典出了与光学物理!受激辐射∀效应类似的、以螺位错!Hal
8、lPetch∀幂律关系(其典型斜率位于0.5#1之为媒介的孪晶变形!受激滑移∀模型,发现由于仅有间),即!尺寸愈小、强度愈高∀,亦将不再适用。描述1%左右的位错可以作为极轴,得到上述晶体孪晶变孪晶变形的H
