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Mechanisches Ausglühen, Erhöhte Stärke und Warum Materialien Erhalten, Sie Kleiner so Stärker auch Erhalten

Themen Umfaßt

Hintergrund

Stärke auf dem Nm-Niveau

Mechanische Deformation

Reduzierung von Versetzungen

Fokussierte IonenTräger-Maschinelle Bearbeitung

fehlerfreies Material und Mechanisches Ausglühen

Deformation und Geometrie

Erhöhte Stärke Sogar in den Proben mit Deformationen

Quittungen

Hintergrund

Während die Zellen, die vom Metall gemacht werden, kleiner erhalten - während ihre Abmessungen der Mikrometerschuppe (millionths eines Meters) oder kleiner sich nähern - sie stärker erhalten. Vor Wissenschaftler entdeckten dieses Phänomen 50 Jahren beim Messen der Stärke des Zinns „Bärte“ einige Mikrometer im Durchmesser und in einigen mm in der Länge. Viele Theorien sind vorgeschlagen worden, um zu erklären, warum kleiner stärker ist, aber erst sie vor kurzem möglich werden lassen, um zu sehen und aufzuzeichnen, was wirklich in den kleinen Zellen unter Druck geschieht.

Abbildung 1.

Stärke auf dem Nm-Niveau

Andrew-Untersatz, der Material-Wissenschafts-Abteilung in der Abteilung von Nationalem Laboratorium des Lawrence Berkeley der Energie, mit Kollegen von Hysitron Integrierte und die General Motors-Forschung und Entwicklung Mitte, verwendet dem In-situMikroskop in der Nationalen Mitte für Elektronenmikroskopie (NCEM) um aufzuzeichnen was geschieht, wenn Säulen des Nickels mit Durchmessern zwischen 150 und 400 nm (Billionste eines Meters) unter einem flachen Locher komprimiert sind, der vom Diamanten gemacht wird. Das Durchstrahlungselektronenmikroskop wird ausgerüstet, damit Proben beim unter dem Elektronenstrahl beobachtet werden betont werden, gemessen werden und auf Video aufgezeichnet werden können.

„, Welche Bediengeräte die Deformation eines Metallobjekts die Methode ist, die sich absetzt, gerufen Versetzungen, Bewegung entlang Flugzeugen in seiner Kristallstruktur,“ sagt Untersatz. „Das Ergebnis des Versetzungsbeleges ist Plastikdeformation. Zum Beispiel veranlaßt das Verbiegen einer Büroklammer seine Trillionen von Versetzungen pro Quadratzentimeter, oben zu verwirren und zu multiplizieren, während sie in gegenseitig ausgeführt werden und schieben entlang zahlreiche Gleitebenen.“

Mechanische Deformation

im Allgemeinen neigt mechanische Deformation, die Anzahl von Versetzungen in einem Material zu erhöhen. Aber für kleinräumiges strukturiert, mit einem viel größeren Anteil Fläche zum Volumen, der Prozess kann sehr unterschiedlich sein. Die auf Video aufgezeichneten Bilder vom Elektronenmikroskop halfen den Forschern, zu verstehen, warum nanoscale Nickelsäulen so stark sind, indem sie ihnen erlauben, Änderungen in der Mikrostruktur der Säulen während der Deformation - einschließlich einen nie-vor-gesehenen Prozess zu beobachten das Forscher zurichtete „mechanische Ausglühen.“ (In den Massenmaterialien, wird Ausglühen, eine Behandlung, die die Dichte von Defekten verringert, normalerweise durchgeführt, indem man. heizt)

Reduzierung von Versetzungen

Untersatz sagt, „die erste Sache, die wir beobachteten, war, dass, vor der Prüfung, die nanoscale Säulen des Nickels von den Versetzungen voll waren. Aber als komprimierten wir die Säule, wurden alle Versetzungen vom Material - die verjagt Versetzungsdichte buchstäblich, verringernd um 15 Größenordnungen und einen perfekten Kristall produzierend. Wir nannten diesen Effekt mechanisches Ausglühen.“

Fokussierte IonenTräger-Maschinelle Bearbeitung

Die Säulen, die Gering sind und seine Kollegen, die geprüft wurden, wurden vom reinen Nickel unter Verwendung eines fokussierten Ionenträgers, (FIB) einer neuen Technik für kleinräumige Mechanischdrucklufterzeugung Prüfung maschinell bearbeitet, die zuerst im Jahre 2004 von Michael Uchic des US-Luftwaffen-Forschungslabors beschrieben wurde und seiner Kollegen. Die FLUNKEREI-Technik macht es möglich, viel kleinere Zellen als das Metall „die Bärte“ zuerst studiert in den fünfziger Jahren zu erstellen, die durch wachsende Kristalle gemacht werden.

Einige der Versetzungen die Forscher, die in den maschinell bearbeiteten Säulen beobachtet wurden, waren durch die Ionenbündel selbst verhältnismäßig flach und verursacht. Andere, die durch den Kristall ausgedehnt wurden und waren vermutlich bereits bestehende Defekte. Unter Drucklufterzeugung veranlaßte mechanisches Ausglühen beide Arten Defekt zu verschwinden.

„Im Wesentlichen entweichen alle Versetzungen vom Kristall an der Oberfläche, und Sie erhalten nicht Speicherung von Versetzungen, wie Sie in den größeren Kristallen wurden,“ Untersatz sagen. „, Welche Ergebnisse ist, rief ein Prozess „Versetzungsverhungern, „vor kurzem durch William D. Nix von Stanford unter anderem das schnell hat, wurde eine der führenden Theorien vorgeschlagen von, warum kleinere Zellen sind stärker.“

Untersatz erklärt, „die Idee ist dass, wenn Versetzungsentweichen das Material, bevor sie zusammenwirken und multiplizieren können, dort nicht genügende aktiven Versetzungen sind, zum der auferlegten Deformation zu aktivieren. Die Zelle kann sich nur verformen, nachdem neue Versetzungen sind erstellt.“ Dieses ist genau der Prozess er und seine Kollegen beobachtet mit In-situMikroskop NCEMS, überzeugender Beweis, den „Versetzungsverhungern“ die korrekte Erklärung für die erhöhte Stärke von kleinen Zellen ist.

fehlerfreies Material und Mechanisches Ausglühen

Was geschieht, wenn eine fehlerfreie nanoscale Nickelsäule fortfährt komprimiert zu werden? Etwas muss geben, das wenn neue Quellen „nucleate“ Versetzung der im Material geschieht. Während die vorhandenen Versetzungen in der Säule wegen des mechanischen Ausglühens verschwinden, geschieht die Kernbildung von neuen Versetzungsquellen an den nach und nach höheren Drücken.

In den Säulenzellen nimmt Plastikdeformation möglicherweise die Gestalt des plötzlichen Flachdrückens, des Ausbauchens, des Verdrehens oder des Scherens der Säule an, wie Impulse von neuen Versetzungen durch sie fortpflanzen. Oder die verhärteten Säulen, gemacht stärker durch mechanisches Ausglühen, lochen möglicherweise, nach rechts in die Substratfläche niederzuwerfen - selbst wenn Säule und Substratfläche das gleiche kontinuierliche Metallstück sind. Beide Prozesse wurden in den In-situdrastischen auf Video aufgezeichneten Experimenten des mikroskops erfasst.

Abbildung 2. für Elektronenmikroskopie

Deformation und Geometrie

Die FLUNKEREI-maschinelle Bearbeitung, die von den NCEM-Forschern verwendet wurde, produzierte Nickelsäulen, die etwas spitz zugelaufen wurden, und die Forscher beachteten dass diese beeinflußte Geometrie wo und wie Plastikdeformation auftrat und im Allgemeinen war im, freien Ende mit kleinem Durchmesser (Oberseite) der Säule größer.

Erhöhte Stärke Sogar in den Proben mit Deformationen

In den größeren Säulen waren die, die 300 nm im Durchmesser, mechanisches Ausglühen sich nähern, nicht komplett, und etwas Versetzungen blieben sogar nach Drucklufterzeugung sichtbar. Dennoch sogar erhöhten diese ausgestellten Säulen Stärke, und nach und nach höhere Drücke waren erforderlich, Deformation fortzusetzen - Unterstreichen des Punktes, dass es die Schaffung von beweglichen Defekten ist, die Stärke in diesen Bändchen bestimmt.

„Die Schönheit der Säuleprüfung Geometrie ist, dass wir Druck Geradeaus- definieren können. Dann können wir die gemessenen Drücke mit getrennten Plastikereignissen aufeinander beziehen aufzeichneten in situ und übersetzen offenbar die quantitativen Daten von unseren Experimenten,“ sagt Untersatz. „Die Debatte über, was die Stärke einer kleinen Zelle bestimmt, ist unten zu fast einer Huhn-undei Frage - ist etwas stark gekommen, weil Sie einen hohen Druck benötigen, eine Versetzung zu verschieben, die bereits dort ist? Oder ist es stark, weil Sie einen hohen Druck zu nucleate eine neue Versetzung benötigen? In diesem Fall scheint es, dass diese Quellkernbildung - d.h., das „Ei“ - ist- der entscheidende Faktor.“

Quittungen

„Mechanisches Ausglühen und Quelle-begrenzte Deformation in Submicrometredurchmesser Ni-Kristallen,“ durch Z.W. Shan, Raj Mishra, S.A. Syed Asif, Oden L. Waren und Andrew M. Minor, erscheint im Punkt Im Januar 2008 von Natur-Materialien, Fortschrittsonlineveröffentlichung am 23. Dezember 2007 bei http://www.nature.com/nmat/journal/vaop/ncurrent/full/nmat2085.html. Diese Arbeit wurde teilweise durch eine Bewilligung vom US-Energieministerium zu Hysitron, Inc. und auch durch eine Bewilligung vom DAMHIRSCHKUH Büro der Wissenschaft, Büro von Grundlegenden Energie-Wissenschaften unterstützt.

Quelle: Lawrence Berkeley

Date Added: Jan 3, 2008 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 13. June 2013 17:52

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