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より小さくより強くなる材料がなぜなるか機械アニーリング、高められた強さおよび

カバーされるトピック

背景

ナノメーターのレベルの強さ

機械変形

転位の減少

集中されたイオンビームの機械化

ディフェクトフリー材料および機械アニーリング

変形および幾何学

変形を用いるサンプルの高められた強さ

確認応答

背景

なる - 次元がマイクロメートルのスケール (メートルの millionths に近づくと同時に) ように金属から成っている構造がより小さくまたはより少なくより強くなります。 科学者は前に錫 「ひげ」の強さを測定している間直径の長さが少数のマイクロメートルおよび少数のミリメートルこの現象を 50 年検出しました。 多くの理論はより小さいより強いなぜ提案されましたり、しかし最近それを見、実際に起こっていること圧力の下で小さい構造で記録して可能になってもらいますかただ説明するために。

図 1。

ナノメーターのレベルの強さ

Hysitron からの同僚が付いているローレンスバークレーの国立研究所エネルギー省の物質科学の部分のアンドリューの未成年者は、 150 のそして 400 ナノメーター (メートルの billionths) 間の直径が付いているニッケルの柱がダイヤモンドから成っている平らな穿孔器の下で圧縮されていると電子顕微鏡検査 (NCEM) に各国用の中心でそのままの顕微鏡使用したゼネラルモーターズの研究開発の中心何が起こるか記録するために組み込み。 伝達電子顕微鏡は電子ビームの下で観察されている間サンプルが重点を置かれ、測定され、ビデオテープに録画することができるように装備されています。

「どんな制御金属の目的の変形が逃走する方法であるか、転位、結晶構造の平面に沿う移動と呼出される」をと未成年者は言います。 「転位のスリップの結果はプラスチック変形です。 例えば互いに動作し、多数のスリップ平面に沿って」。滑ると同時に、ペーパークリップを曲げるにより 1 平方センチメートルあたり転位の兆はもつれ、増加します

機械変形

一般に、機械変形は材料の転位の番号を高めがちです。 しかし小規模のためにボリュームへの表面積の大いにより大きい割合と、プロセス非常に異なります構成します。 電子顕微鏡からのビデオテープに録画された画像は研究者によってダビングされる 「機械アニーリング」。か研究者が nanoscale のニッケルの柱が - 決しての前見られたプロセスを含む…それらの変形の間に柱の微細構造の変更を観察することを許可によってとても強いなぜか理解するのを助けました (第一次製品で、アニーリング、欠陥の密度を減らす通常熱することによって処置は、達成されます。)

転位の減少

未成年者は言います観察した、 「私達が最初の事は、テストの前に、ニッケルの nanoscale の柱が転位の完全だったことでした。 しかし私達はとして柱を圧縮しま、すべての転位は 15 の一桁によって材料の追い払われ - 正確に転位密度を減らし、完全な水晶を作り出します。 私達は呼出しましたこの効果を機械アニーリングと」。

集中されたイオンビームの機械化

マイナーな柱およびテストされた彼の同僚は最初に米国の空軍研究所のミハエル Uchic が (FIB) 2004 年に記述している小規模機械圧縮のテストのための集中されたイオンビーム、新しい技術および彼の同僚を使用して純粋なニッケルから機械で造られました。 他愛ない嘘の技術は水晶の成長によってなされる 50 年代に最初に調査される金属 「ひげ」より大いに小さい構造を作成することを可能にします。

転位の一部は機械で造られた柱で観察された研究者イオンビーム自身によって比較的浅く、引き起こされて。 水晶を通して伸びた他は推定上既存の欠陥であり。 圧縮の下で、機械アニーリングにより両方の種類の欠陥は消失しました。

「本質的にすべての転位は表面で水晶から脱出し、より大きい水晶でように転位の記憶をと」、未成年者言います得ません。 「どんな結果あるかプロセスは呼出しました 「が転位飢餓なぜのか」、をより小さい構造がより強い」。スタンフォードのウィリアム D. すぐに持っている Nix によって最近提案されるように、他の中で、一流理論の 1 つはなりました

未成年者は説明します、それらが相互に作用し、増加してもいい前に転位の脱出が材料そこに課された変形を可能にする十分な実行中の転位でなければ 「考えはことです。 構造は新しい転位が」。作成された後しか変形なできます これは正確にプロセス NCEM のそのままの顕微鏡、 「転位飢餓」が正しい説明小さい構造の高められた強さのためのの強力な証拠によって観察される彼および彼の同僚です。

ディフェクトフリー材料および機械アニーリング

ディフェクトフリーの nanoscale のニッケルの柱が圧縮され続ければ何が起こりますか。 とき材料で」 nucleate 転位の新しいもと 「起こる何かは与えなければなりません。 既存の転位が機械アニーリングのために柱で消えると同時に、新しい転位ソースの核形成は漸進的により高い圧力で起こります。

柱の構造では、プラスチック変形は新しい転位の破烈がそれを通って伝播するように柱の突然に平らになるか、膨らんでいるか、ねじれるか、またはせん断の用紙を取るかもしれません。 または機械アニーリングによってより強くなされる堅くされた柱は - 柱および基板が同じ連続的な金属片であるのに基板におろすために正しく打つかもしれません。 プロセスは両方ともそのままの顕微鏡の劇的なビデオテープに録画された実験で捕獲されました。

電子顕微鏡検査のための図 2.

変形および幾何学

NCEM の研究者が使用した他愛ない嘘の機械化はわずかに先を細くされた、研究者はことに影響されたこの幾何学注意しまニッケルの柱を作り出し、プラスチック変形が行われたかどこで、どのように一般に小さ直径、柱の自由な端 (上) でより大きいです。

変形を用いるサンプルの高められた強さ

より大きい柱では、直径の 300 ナノメーターに近づくそれらは機械アニーリング完全ではなかったし、ある転位は圧縮の後でさえも目に見える残りました。 けれども表わされたこれらの柱は強さを高め、下線を引変形 - これらの小さいボリュームの強さを定める移動式欠陥ののは作成であることポイントに下線を引くこと -- を続けるために漸進的により高い圧力は必要でした。

「柱テストの幾何学の美は私達がまっすぐに圧力を定義してもいいことです。 それから私達はそのままで記録される離散プラスチックイベントに測定された圧力を関連させてもいく、私達の実験からもっとはっきり量的なデータを解読するため」、未成年者を言います。 「小さい構造の強さを定めるものがについての討論高い圧力がそこに既にある転位を移動することを必要とするので - 何かは鶏および卵の質問に強いですほとんど来ましたか。 または nucleate に高い圧力を新しい転位必要とするのでそれは強いですか。 この場合、それはそのソース核形成 - すなわち、 「卵」 - を決定的要因が」。であることをようです

確認応答

「Z.W. Shan による submicrometre 直径 NI の水晶の機械アニーリングそしてソース限られた変形は」、 Raj Mishra、 2008 1 月の性質材料の問題に S.A. Syed Asif、 Oden L. ワーレン、およびアンドリュー M. Minor、前進オンライン書 2007 年 12 月 23 日、 http://www.nature.com/nmat/journal/vaop/ncurrent/full/nmat2085.html の現われます。 この作業は米国エネルギー省からの Hysitron、 Inc. への許可とまた科学の雌ジカのオフィスからの許可によって部分的に、基本的なエネルギー科学のオフィスサポートされました。

ソース: ローレンスバークレー

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

Last Update: 13. June 2013 18:00

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