室温下单晶硅压痕微裂纹的形成与扩展

用透射电镜定位观察研究了在室温下高纯单晶硅显微压痕表面radial脆性微裂纹的纳观形变 ,阐述了塑性变形对微裂纹形核、扩展及开裂的影响。发现 :室温下单晶硅的压痕前沿经历了极复杂的非线性演化 :前沿区的位错发射与运动 (Kcleave>Kemit时 )、解理微纹形核与扩展 (σ塞 >σth 时 )。观察到压痕前沿发生塑性诱导解理和解理胚不连续形核与扩展的过程     

激光合金化对疲劳裂纹扩展速率的影响

在45#钢基体上以TH-2激光合金化专用粉进行激光合金化处理，通过扫描电镜动态原位观察裂纹从基体向激光合金化区(LAZ)扩展的过程，研究了疲劳裂纹扩展速率与应力强度因子幅(SIFR)的关系，分析了疲劳断口形貌和表面裂纹扩展路径的组织形态。经历一定循环次数之后，激光合金化区内部也出现裂纹，但是合金化区的边界能强烈阻滞裂纹的扩展，一旦基体中的裂纹与合金化区中的裂纹汇合，裂纹失稳扩展。裂纹扩展速率与应力强度因子幅之间的关系不满足传统的Paris公式，裂纹在基体中扩展的断口形貌有典型的疲劳辉纹，而合金化区的断口呈脆性断裂的形貌。从抗疲劳裂纹扩展的要求来看，有必要针对不同的基体材料，设计不同的合金化粉末，通过适当增加合金化区的韧性相，进一步提高激光合金化区抗疲劳裂纹扩展的能力。     

单晶硅脆性微裂纹的透射电镜观察

Rice和Thomson[1]认为,如裂纹发射位错比解理扩展更困难,则裂纹解理扩展从而脆断。否则裂纹就钝化而韧断,故他们认为脆性裂纹扩展前不发射位错。实验工作已证明[2,3]通过位错塞积模型可以形成脆性(解理)裂纹核,并研究了裂纹发射位错以及裂纹解理扩展的竞争过程。而有关室温下单晶硅的裂纹形核和位错组态则报道较少,由于其性能各向异性、缺陷少,容易避免或减少其他微观缺陷对研究的影响。本实验用显微压痕法可以诱发微裂纹产生,并使材料局部形变和断裂。实验用单晶硅尺寸为5mm×4mm×1mm,依次打磨、抛光、清洗后用HD-1000型维氏显微硬度计…     

扫描电镜中的动态观察及其在金属研究中的应用

本文报道了扫描电镜中的动态观察及其在金属研究中的应用,包括:1.延性断裂过程中的形变、裂纹形核与扩展;2.解理断裂的微观过程;3.片层珠光体的形变与断裂;4.剪切开裂;5.其它动态观察等。     

钦合金激光焊接头的损伤行为

针对航空工业应用广泛的BT20钛合金,主要研究其激光焊接头的损伤行为和机理.在对钛合金激光焊接头组织和性能不均匀性分析的基础上,采用SEM原位观察的方法对激光焊接头的塑性损伤行为进行研究,从细观上揭示焊接接头的损伤演化与断裂机理.试验发现:焊缝的损伤形式为微裂纹在切应力与正应力共同作用下沿滑移带萌生,在裂纹前端滑移带相交处,应力集中会引发新的微裂纹,并随后与主裂纹相连,从而导致裂纹的"Z"字型扩展.     

实时全息干涉计量用于研究岩石材料正向受压形变

采用实时全息干涉计量摄影系统，记录岩石试件正向受压下干涉条纹的形变规律。配合声发射定位测量，可以测定岩石试件微裂纹扩展时间、位置和强度。初步的实验已经观察到干涉条纹是在空间定域的，微裂纹的扩展与局部应力的集中有关，且其延伸方向是应力场高梯度变化的方向等，这种方法的成功将为脆性材料的损伤研究提供一种可视化的研究手段。     

激光超声检测带涂层金属表面裂纹的数值研究

为了研究线源脉冲激光激发的超声波在带涂层金属板表面裂纹检测方面的应用，采用有限元模拟的方法，分别建立了含有裂纹的带镍涂层和不带镍涂层金属板模型，并模拟出激光激发出的瑞利波以及瑞利波的传播过程。通过对接收点处的波形进行理论分析，得出了涂层厚度、裂纹深度与瑞利波时频域信号的关系。结果表明，瑞利波波速随着涂层厚度h的不同而不断变化；当表面存在裂纹时，不带涂层模型的反射瑞利波与剪切瑞利波的到达时间差Δt与裂纹深度h_c成线性关系，带涂层模型的Δt与h_c以涂层厚度为分界点成分段线性关系。此研究结果为实际测量带涂层金属板的表面裂纹深度提供了参考。     

模塑封器件模塑化合物与铜的界面裂纹扩展

针对环氧模塑化合物(EMC)与铜的界面沿特定路径的准静态界面裂纹扩展问题,利用ANSYS建模仿真了单个位移及循环位移载荷条件下界面裂纹扩展;以界面裂纹扩展的J积分为分析目标,分别在铜材料为线弹性和弹塑性的两种工况下,分析了循环位移载荷对界面裂纹扩展的影响规律。结果表明,在弹性条件下,循环载荷卸载过程裂纹尖端张开角为0,界面闭合;弹塑性条件下,卸载过程裂纹张开角不为0,界面不闭合,且屈服应力越小,两种材料的界面间隙越大,J积分数值越小。     

Fe—Cr—Ni合金激光熔覆层显微缺陷及开裂行为的研究

用光学显微镜和扫描电子显微镜，对铁基自熔合金的多道搭接激光熔覆层的组织进行分析，得出熔覆层中的微观缺陷如显微缩孔、夹杂物等是熔覆层的显微裂纹，熔覆层的裂纹是以这些显微缺陷为裂纹源沿两种不同方向生长的共晶状组织的界面扩展。     

T字型硅通孔不同位置界面裂纹扩展研究

硅通孔(TSV)技术是实现三维封装的关键技术.随着技术发展,TSV被设计成多种不同结构.以T字型TSV为研究对象,仿真分析了两种温度载荷下T字型TSV中产生的热应力及其分布情况.以此为基础,通过计算裂纹尖端能量释放率,研究了T字型TSV中3个不同位置的界面裂纹失效扩展.结果 表明,T字型TSV中钉头的存在改变了铜/硅/钉头三重连接处和硅材料顶部钉头外周边界条件,在这两处易产生应力集中现象.与完全填充TSV结构相同位置的垂直裂纹相比,T字型TSV中垂直裂纹能量释放率明显下降.另外,T字型TSV中水平向外开裂的界面裂纹扩展时裂纹尖端能量释放率最小,水平向里开裂的界面裂纹扩展时裂纹尖端能量释放率最大,更易发生失稳扩展.     

BGA封装倒装焊点不同接触面跌落失效的研究

采用自由跌落的试验方法,研究了BGA(球栅阵列)封装自由跌落到不同材质基板后的可靠性,对比分析焊点裂纹产生、扩展直至断裂的机理。对失效封装芯片进行了染色处理,观察BGA封装中焊点的失效位置和焊点内部裂纹的形貌。结果表明,不同接触面上焊球裂纹都经历稳态-扩展-失效的过程,石质接触面上裂纹出现最早,裂纹扩展最快,失效最快,钢质接触面次之,最后是木质接触面。木质接触面的焊点失效模式主要是焊盘失效;钢质和石质接触面的焊点的失效模式以金属间化合物失效为主。比例风险模型(PHM)估计得到的寿命值与试验结果误差较小,能有效预测焊点自由跌落条件下的寿命。     

航空发动机涡轮叶片裂纹红外热波无损检测研究

叶片裂纹是危害飞行安全的重要因素,即使微小裂纹都将对飞机造成无法挽回的后果,不仅危及人、机安全,也会造成巨大的经济损失。涡轮叶片采用的材料与一般得材料是不同的,在预算价格上也十分昂贵,因此,通常采用无损检测技术进行叶片裂纹的检测。本设计采用基于红外热波的无损检测技术来实现航空叶片裂纹的检测,通过图像处理技术对图像增强、锐化、边缘检测算法进行改进,大大提高了航空涡轮叶片裂纹的检测精度及速度,有效地避免了飞机事故造成的巨大损失,同时对军事效益和经济效益做出了重大贡献。     

OLED金属走线弯折过程裂纹扩展有限元分析

针对OLED面板COF(Chip on Film)连接过渡区在弯折过程中易发生金属走线断裂的问题,本文对金属走线中裂纹的扩展机理以及抑制裂纹扩展的方法进行了研究。基于复合材料界面裂纹偏转与穿透理论分析了金属走线与有机光阻界面处的裂纹扩展方式,比较了两种金属走线结构在裂纹扩展过程中的应力强度因子变化。仿真结果表明,金属走线与有机光阻的裂纹倾向于沿垂直走线的方向扩展,裂纹沿着界面扩展的趋势很小。对比两种不同金属走线(环状与条状)的应力强度因子发现,环状金属走线内部靠近孔处的应力强度因子降低了95%,能有效抑制金属走线中的裂纹扩展。     

基于RFID天线传感器的金属表面裂纹监测研究

为探究基于射频识别(RFID)标签传感器对表面裂纹扩展动态监测能力,采用微带标签天线作为裂纹传感器,以其反向散射信号作为裂纹扩展表征参数,并设计了一种裂纹扩展测试的新方法.该方法采用降载勾线法以获得表面裂纹在扩展中的实际尺寸,建立了表面裂纹尺寸与反向散射信号相位之间的关系.实验结果表明,该传感器可对5.646 mm2的...     

激光沉积TA15钛合金显微组织及高周疲劳性能研究

对激光沉积TA15钛合金显微组织进行研究,并分析了室温下高周疲劳裂纹的萌生和扩展特性。采用光学显微镜（OM）和扫描电子显微镜（SEM）分析了试样疲劳断口以及纵截面显微组织形貌。研究表明,激光沉积宏观组织呈现定向生长的柱状晶形貌,晶粒内部为细小的网篮组织,经过双重退火后,网篮组织有粗化趋势。疲劳源区存在与集束尺寸相当的解理断裂平面,稳定扩展区疲劳裂纹扩展路径曲折,这与片层组织中集束位向不同有关,一定区域内疲劳裂纹平行片层或近似垂直片层扩展,扩展区的二次裂纹有助于扩展能量的消耗,提高疲劳寿命。     

随机振动载荷下板级焊点失效模式分析

通过搭建振动加速失效实验平台,完成了芯片中板级焊点的失效实验。在此基础上,对焊点进行电镜观察分析,以确定焊点在振动载荷下的失效模式。结果表明,内部焊点基本没有裂纹扩展迹象,裂纹集中于最外侧角的焊点,焊点的损伤程度分布从内至外呈递增趋势。裂纹的分布集中于PCB板侧和芯片侧的IMC层区域,即在焊点两侧的钎料疏松部位,并沿着IMC层区域的Cu₆Sn₅晶粒方向进行穿晶、沿晶扩展。裂纹的扩展接近于贯穿时,易发生瞬间脆性断裂。     

基于红外热像法的金属裂纹扩展研究北大核心CSCD

疲劳裂纹是金属结构件在工程实际中常见的失效形式之一,裂纹的扩展则会导致大部分塑性功以热量的形式耗散,因此基于红外热像法的金属结构温度监测是实现裂纹扩展评估的有效方法之一。本文分析了金属裂纹扩展过程中材料的热耦合方程,使用ABAQUS软件进行直接热力耦合数值模拟,揭示了塑性功转化系数、拉伸速度对单轴拉伸载荷下含裂纹的Q235试件表面温度变化的影响规律,并基于红外热像仪测量试验得到了同数值模拟吻合度较高的结果,以此验证了此规律的正确性。结果显示,拉伸过程中试件表面温度经过平稳阶段、稳步上升阶段。裂纹扩展过程中,试件表面温度最高点位于裂纹尖端前方。同时拉伸速度越大,试件断裂时间短,裂纹扩展过程中热损失越小,试件表面温升越大。该结果对金属结构的裂纹监测和预警具有重要意义。     

激光熔化沉积高合金钢疲劳裂纹扩展研究

为了研究激光熔化沉积高性能合金钢构件的疲劳问题,采用扩展有限元法和直接循环分析相结合的方法,进行了典型件疲劳裂纹扩展路径的分析, 并进行了剩余寿命的预测。通过中心裂纹拉伸(CCT)试样的疲劳试验获得了材料Paris公式中的参量,并将其用于有限元模拟中。同时,分别运用有限元模拟方法和试验方法研究了CCT、紧凑拉伸-剪切试样的裂纹扩展过程。结果表明, 有限元法得到的裂纹扩展路径和疲劳寿命与试验结果吻合良好,其中裂纹扩展路径偏转角的误差在16.54%以内,疲劳寿命的误差在2.72%以内。该方法可以较好地预测激光熔化沉积高合金钢构件的疲劳裂纹扩展路径和剩余疲劳寿命,具有一定的工程意义。     

花岗岩试样三点弯试验断口微观形貌分析

利用与扫描电镜配套使用的在位拉伸台，对目前广西市场上销售的几种典型花岗岩受力时的微区变形、损伤、破坏演化过程进行跟踪观察、记录，同时研究了花岗岩的变形、裂纹扩展界面破坏规律。     

简单变幅疲劳裂纹扩展加速效应的SEM直接观察

介绍了自制的SEM程控疲劳台的基本情况,并利用此装置,直接观察了简单变幅疲劳中载荷交互作用所引起的裂纹扩展加速效应。