Механически Отжиг, Увеличенная Прочность и Почему Материалы Получают Сильне по мере того как Они Получают более Малыми

Покрытые Темы

Предпосылка

Прочность на Уровне Нанометра

Механически Деформация

Уменьшение Вывихиваний

Сфокусированный Подвергать механической обработке Луча Иона

дефект - свободный Материал и Механически Отжиг

Деформация и Геометрия

Увеличенная Прочность Даже в Образцах с Деформациями

Подтверждения

Предпосылка

По Мере Того Как структуры сделанные из металла получают более малыми - по мере того как их размеры причаливают маштабу микрометра (millionths метра) или - они получают сильне. Научные Работники открыли это явление 50 лет тому назад пока измеряющ прочность олова «вискеров» немного микрометров в диаметре и немного миллиметров в длине. Были предложены, что объясняют почему мало сильне, но только недавно имеют его стать Много теорий возможными для того чтобы увидеть и записать что фактически случается в малюсеньких структурах под усилием.

Диаграмма 1.

Прочность на Уровне Нанометра

Несовершеннолетний Андрю, Разделения Наук Материалов в Министерстве Энергетики Лаборатория Лоренса Беркли Национальная, с коллегаами от Hysitron Включал и Центр Научных Исследований и Разработки General Motors, используемое В Микроскопе Situ на Национальном Центре для Электронной Микроскопии (NCEM) для того чтобы записать что случается когда штендеры никеля с диаметрами между 150 и 400 нанометрами (billionths метра) обжаты под плоским пуншем сделанным диаманта. Просвечивающий электронный микроскоп оборудован так, что образцы можно усилить, измерить, и сделать видеосъемку пока наблюдаемо под лучом электронов.

«Какого управления деформация предмета металла путь который изменяет, вызвано вывихиваниями, движением вдоль плоскостей в своей кристаллической структуре,» Несовершеннолетний говорит. «Результат выскальзования вывихивания пластичная деформация. Например, гнуть бумажный зажим причиняет свои триллионы вывихиваний в квадратный сантиметр запутать вверх и умножить по мере того как они работают в одно другое и сползают вдоль многочисленних плоскостей выскальзования.»

Механически Деформация

Вообще, механически деформация клонит увеличить число вывихиваний в материале. Но для мелкомасштабного составляет, с очень большой пропорцией поверхностной области к тому, процесс смогите быть очень друг. Сделанные видеосъемку изображения от электронного кинескопа помогли исследователям понять почему штендеры никеля nanoscale настолько сильны путем позволять им наблюдать изменениями в микроструктуре штендеров во время деформации - включая никогда-перед-увиденный процесс отжиг ый исследователями «механически.» (В кусковых материалах, отжиг, обработка которая уменьшает плотность дефектов, обычно выполнен путем нагревать.)

Уменьшение Вывихиваний

Несовершеннолетний говорит, «Первая вещь мы наблюдали была что, перед испытанием, штендеры nanoscale никеля были полны вывихиваний. Но по мере того как мы обжали штендер, все вывихивания управлялись из материала - в буквальном смысле слова уменьшающ плотность дислокации 15 порядками величины и производящ совершенный кристалл. Мы вызвали это влияние механически отжигом.»

Сфокусированный Подвергать механической обработке Луча Иона

Штендеры Небольшие и его испытанные коллегаы подверглись механической обработке от чисто никеля используя сфокусированный луч иона (FIB), новый метод для мелкомасштабного испытания механически-обжатия сперва описанного в 2004 Майкл Uchic Исследовательской Лабаратории Военновоздушной Силы США и его коллегаы. Метод FIB делает его возможной создать гораздо малее структуры чем металл «сперва изученные вискеры» в 1950s, которые сделаны путем расти кристаллы.

Некоторые из вывихиваний исследователя наблюдаемые в, котор подвергли механической обработке штендерах были относительно отмелы и причинены ионными лучами сами. Другие, котор проходят через кристалл и были предположительно pre-существующими дефектами. Под обжатием, механически отжиг причинил оба вида дефекта исчезнуть.

«Существенно все вывихивания избегают от кристалла на поверхности, и вы не получаете хранение вывихиваний как вы и в более больших кристаллах,» Несовершеннолетний говорите. «Какие результаты процесс вызвал «голодание вывихивания, «недавно предложенным Вильгельмом D. Nix Стэнфорда, среди других, который имеет быстро стало одна из ведущих теорий почему более малые структуры сильне.»

Несовершеннолетний объясняет, «Идея что если избежание вывихиваний материал прежде чем они могут взаимодействовать и умножать, там нет достаточных активных вывихиваний для того чтобы включить наведенную деформацию. Структура может только деформировать после того как созданы новые вывихивания.» Это точно процесс он и его коллегаами наблюдаемыми с NCEM В Микроскопе Situ, убедительном доказательстве которого «голодание вывихивания» правильное объяснение для увеличенной прочности малых структур.

дефект - свободный Материал и Механически Отжиг

Что случается если дефект-свободный штендер никеля nanoscale продолжается быть обжатым? Что-то должно дать, которое случается когда новые источники вывихивания «nucleate» в материале. По Мере Того Как существующие вывихивания исчезают в штендере из-за механически отжига, нуклеация новых источников вывихивания случается на прогрессивно более высоких усилиях.

В структурах штендера, пластичная деформация может принять форму неожиданный сплющивать, выпячивать, переплетать, или резать штендера, как взрывы новых вывихиваний распространяют через его. Или затвердетые штендеры, сделанные более сильной механически отжигом, могут пробить справедливо для того чтобы опустить в субстрат - даже если штендер и субстрат такая же непрерывная часть металла. Оба процесса были захвачены в В экспериментах по Микроскопа Situ драматических сделанных видеосъемку.

Диаграмма 2. для Электронной Микроскопии

Деформация и Геометрия

Подвергать механической обработке FIB используемый исследователями NCEM произвел штендеры никеля которые немножко были сплющены, и исследователя заметили что эта повлиянная на геометрия где и как пластичная деформация произошла, вообще был большле в мал-диаметре, наружном конце (верхней части) штендера.

Увеличенная Прочность Даже в Образцах с Деформациями

В более больших штендерах, те причаливая 300 нанометрам в диаметре, механически отжиг не были закончены, и некоторые вывихивания остали видимыми даже после обжатия. Но даже эти показанные штендеры увеличили прочность, и прогрессивно более высокие усилия были необходимы для того чтобы продолжать деформацию - подчеркивать пункт что творение передвижных дефектов которое определяет прочность в этих малых томах.

«Красотка геометрии штендер-испытания что мы можем прямодушно определить усилие. После Этого мы можем сопоставить измеренные усилия при дискретные пластичные случаи записанные в situ и ясно интерпретировать количественные данные от наших экспериментов,» говорит Несовершеннолетнему. «Дискуссия над что определяет прочность малой структуры приходило вниз к почти вопросу о цыпленк-и-яичка - что-то сильно потому что вам нужно высокое усилие двинуть вывихивание которое уже там? Или оно сильн потому что вам нужно высокое усилие к nucleate новое вывихивание? В этот случай, оно кажется той нуклеации источника - т.е., «яичка» - определять фактор.»

Подтверждения

«Механически отжиг и источник-лимитированная деформация в кристаллах Ni submicrometre-диаметра,» Z.W. Шанью, Raj Mishra, S.A. Syed Asif, Oden L. Уоррен, и Андрю M. Небольш, появляются в вопрос Материалов Природы, издание 23-ье декабря 2007 Января 2008 выдвижения он-лайн на http://www.nature.com/nmat/journal/vaop/ncurrent/full/nmat2085.html. Эта работа частично была поддержана даром от Министерства Энергетики США к Hysitron, Inc., и также даром от Офиса ЛАНИ Науки, Офис Основных Наук Энергии.

Источник: Лоренс Беркли

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

Last Update: 13. June 2013 18:23

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this article?

Leave your feedback
Submit