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微纳钼单晶体机械退火及其强度尺寸效应研究获进展

放大字体  缩小字体 发布日期:2012-06-25  作者:中国万商网  浏览次数:462
核心提示:核心提示: 最近,西安交通大学金属材料强度国家重点实验室单智伟教授和其合作者在国家杰出青年科学基金等项目的资助下,对微小尺

核心提示: 最近,西安交通大学金属材料强度国家重点实验室单智伟教授和其合作者在国家杰出青年科学基金等项目的资助下,对微小尺度金属单晶材料中的变形行为及其对材料力学性能的影响进行了深入的研究。

  最近,西安交通大学金属材料强度国家重点实验室单智伟教授和其合作者在国家杰出青年科学基金等项目的资助下,对微小尺度金属单晶材料中的变形行为及其对材料力学性能的影响进行了深入的研究。该研究首先采用分子动力学模拟确认了高应力的确可以使BCC金属中螺位错的运动速度和刃位错的运动速度相当。然后,利用聚焦离子束加工出了一系列尺度远小于此前研究的单晶钼微纳柱体,并系统地研究了其压缩力学行为。他们发现,在体心立方单晶(BCC)钼中存在着与面心立方(FCC)相类似的“机械退火”现象,从而颠覆了人们此前对于BCC金属的有关认识;同时,他们还发现金属钼的强度尺寸效应本身具有阶段性,并提出模型合理地解释了所观察到的现象。该研究结果在线发表于2011年11月22日的NatureCommunications。

  所谓“机械退火”,或“力致退火”是指室温条件下外加应力/应变使微纳尺度面心单晶体中位错密度显著降低甚至完全消除的现象。但由于BCC金属在塑性变形中的尺寸依赖性要弱得多,计算机模拟发现BCC金属的螺位错存在自增殖现象,以及迄今为止所有关于BCC金属的试验研究都没有发现“机械退火”现象,所以人们普遍认为BCC金属中不存在“机械退火”现象,并且认为其根源在于两者位错芯结构不同,这导致BCC金属中螺位错的运动速度远小于刃位错的运动速度。由于位错的极限运动速度是声速,因此一个令人感兴趣的科学问题是:在超高应力作用下,是否能够缩小BCC金属中螺位错和刃位错的运动速度差异,甚至使其相近?如果是,BCC金属中就应该存在“机械退火”现象,同时其流变应力的尺寸依赖性也会提高到FCC金属的水平。

  材料行为尺度效应是微-纳米科技(比如MEMS/NEMS器件、金属连接线、抗辐照多层膜等高性能长寿命设计等)的基础,发现BCC金属晶体有着与FCC金属晶体类似的机械退火现象和强烈的强度尺寸效应,对于纳米科技领域材料性能尺度效应表征及其选材和加工等具有重要意义,同时该研究也将为微纳米器件的设计者们提供坚实的实验数据和理论指导。

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