微/纳尺度接触力学行为有限元数值分析研究

微/纳尺度接触问题已成为制约微机电系统发展的关键性问题。针对这一问题,以纳米压痕技术为基础,首先分别应用赫兹理论和弹塑性理论分析了不同阶段的接触过程,然后运用有限元分析软件Ansys建立了有限元分析模型,进行了不同载荷下的接触分析,获得了相应的应力和应变分布规律等。然后利用纳米压痕技术进行了实验对比分析。证明了两种研究方式的力学规律一致。从而证明了有限元方法在微/纳尺度接触力学研究方面的可行性。     

微/纳尺度接触力学行为有限元数值分析研究

微/纳尺度接触问题已成为制约微机电系统发展的关键性问题。针对这一问题,以纳米压痕技术为基础,首先分别应用赫兹理论和弹塑性理论分析了不同阶段的接触过程,然后运用有限元分析软件Ansys建立了有限元分析模型,进行了不同载荷下的接触分析,获得了相应的应力和应变分布规律等。然后利用纳米压痕技术进行了实验对比分析。证明了两种研究方式的力学规律一致。从而证明了有限元方法在微/纳尺度接触力学研究方面的可行性。     

摩擦表面膜纳米力学性能评定新方法

介绍了新型纳米压痕技术的基本测量原理，该技术利用加载-卸载过程中压痕对载荷和压入深度的敏感关系，测试材料的硬度和弹性模量等力学性能。由于该技术纳米级的压头位移和纳牛顿级的作用力，使之成为研究摩擦表面膜的有力工具，应用纳米压痕法对纳米铜摩擦表面膜进行了硬度和弹性模量的测试和分析。     

3J21合金箔片纳米压痕尺寸效应分析

在微观的环境下分析和研究压痕尺寸效应,可以为探索薄膜和微机械材料特性提供有力的理论基础和技术指导。用两种试验方法对厚度为100μm的3J21合金箔片进行纳米压痕试验,从试验中获得3J21合金箔片的力学性能参数。通过分析试验数据可知,3J21合金箔片压痕在微纳米级范围内存在明显尺寸效应。利用3种常用的压痕尺寸效应模型对3J21合金箔片的压痕尺寸效应进行描述和分析,结果表明这3种常用模型能够有效地描述3J21合金箔片的压痕尺寸效应,并且后两种模型能较为准确地预测其真实硬度值。     

硬脆材料微纳米压痕微尺度材料去除机理有限元仿真研究

基于LS-DYNA有限元仿真平台对石英玻璃微纳米压痕加—卸载过程进行建模仿真研究。针对微纳米压痕仪的标准Berkovich压头进行建模,基于石英玻璃的本构模型,施加载荷与边界条件,采用局部细化技术进行网格划分,构建三维有限元模型。分析压头加—卸载时,压头与试件作用区域最大主应力场和等效应力场的分布,研究石英玻璃微纳米尺度的材料去除机理。对比压痕实验,验证有限元仿真的正确性和可靠性。     

纳米压痕技术理论基础

针对纳米压痕技术的应用现状和存在的问题,分析了现有理论研究方法以及它们的不足之处。在纳米压痕试验的基础上,提出了微硬度的新定义并根据量纲分析方法给出了微硬度的表达式。结果表明纳米尺度上的微硬度可以表达为一个与压入深度无关的常量和一个随压入深度减小而增大的分量,这为深入研究纳米压痕技术及纳米硬度的尺寸效应提供了简单易行的新方法。     

纳米压痕技术及其应用

介绍了纳米压痕技术在微机电系统、材料科学、摩擦学性能研究、生物工程和信息技术等领域中的应用，以及纳米压痕技术在理论研究方面的进展及今后的研究重点。     

微纳制造技术文献计量分析

对微纳制造技术领域2000-2010年时间段的SCI和EI文献计量分析,结果显示,近年来该领域的研究呈现出增长趋势,美国在微纳制造领域的研究处于绝对领先的地位.SCI文献分析表明,纳米尺度的制造技术、微米尺度的制造技术、微机电系统、微流体、微加工等是近年来研究的热点领域;EI分析则显示,光刻技术、微加工、微机电器件、纳米结构材料、扫描电子显微镜等是研究的热点.     

单晶硅纳米力学性能的测试

对材料纳米力学性能测试手段进行了研究,着重分析了纳米压痕技术的原理和方法.结合纳米压痕技术,采用尖端四面体Vickers型单晶金刚石压头对单晶硅(100)晶面进行了纳米压痕实验测试.实验发现,在载荷为1 000 mN时,晶体硅出现了明显的裂纹和脆性断裂;而在载荷低于80 mN的情况下,晶体硅则表现出延性特性.此外,在不同载荷条件下对晶体硅的硬度进行了实验测试,测试结果发现,不同载荷条件下晶体硅的硬度测量值存在较大的差异,认为导致这种差异的原因在于压痕区域晶体硅所受压力不同,使得晶体硅内部结构发生了改变,较为准确的单晶硅的硬度测量值为15.7 GPa.     

单晶硅在氮离子注入前后的力学性能研究

以微机电系统常用的单晶硅材料和经氮离子注入单晶硅后形成的表面改性层为研究对象,在原位纳米力学测试系统上进行微压痕实验,对样品的表面纳米硬度进行了测试。同时,还通过该仪器的原子力成像功能对实验区域扫描成像,在纳米尺度下观察和分析形貌。结果表明:单晶硅在氮离子注入前后的纳米硬度值与载荷有很大关系。通过对微压痕和原子力图像的分析,表明单晶硅在氮离子注入后的纳米硬度值有所降低,其主要原因是氮离子注入后导致晶格抵抗变形的能力降低。