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机械焖火,增大的强度,并且材料为什么变得更加严格,虽然他们变得更小

包括的事宜

背景

在毫微米级别的力量

机械变形

脱臼的减少

集中的离子束用机器制造

无瑕疵的材料和机械焖火

变形和几何

改进的力量在与变形的范例

鸣谢

背景

结构由金属制成变得更小 -,当他们的维数处理测微表缩放比例 (仪表的 millionths) 或少他们变得更加严格。 科学家发现了此现象 50 年前,当评定力量锡 “颊须”直径的长度时一些个测微表和一些毫米。 许多原理建议解释更小为什么更加严格,但是只在最近安排它变得可能发现和记录什么在微小的结构实际上发生在重点下。

图 1。

在毫微米级别的力量

安德鲁未成年人,在能源部的材料学分部劳伦斯伯克利国家实验室,有从 Hysitron 的同事的合并和通用汽车公司研究与开发中心,在原处显微镜在国家中心用于电子显微镜术 (NCEM) 记录发生了什么,当镍柱子与直径的在 150 和 400 毫微米 (仪表的 billionths 之间) 是压缩的在一台平面的打孔机下由金刚石制成。 传输电子显微镜被装备,以便范例可以强调,被评定和被录影,当被观察在电子束下时。

“什么控制金属对象的变形是背叛的方法,叫脱臼,沿飞机的移动在其晶体结构”,未成年人说。 “脱臼清单的结果是塑料变形。 例如,弯曲一根回形针造成脱臼其兆每平方厘米缠结和倍增,当他们碰到互相并且沿许多侧滑面下滑”。

机械变形

一般来说,机械变形倾向于增加脱臼的数量在材料的。 但是为小规模构建,以表面的一个更加巨大的比例对数量,这个进程可以是非常不同的。 从电子显微镜的被录影的图象帮助研究员知道 nanoscale 镍柱子为什么通过给他们是很严格在变形时观察在柱子的微结构的上变化 - 包括一个从未在前被看见的进程研究员取绰号的 “机械焖火”。 (在粒状材料,焖火,减少密度缺陷的处理,通过加热通常完成。)

脱臼的减少

未成年人说, “我们观察的第一件事情是,在这个测试前,镍 nanoscale 柱子脱臼有很多。 而是作为我们压缩了这根柱子,所有脱臼被逐出了材料 - 字面上减少位错密度由 15 个数量级和生产理想的水晶。 我们称此作用机械焖火”。

集中的离子束用机器制造

使用集中的离子束、一个新的技术的小规模机械压缩测试在 2004年首先描述的 (FIB)由美国空军研究实验室的迈克尔 Uchic 和他的同事,较小的柱子和他的同事测试从纯镍用了机器制造。 小谎技术在 20 世纪 50 年代比这种金属 “”使成为可能创建更小的结构首先被学习的颊须,通过生长水晶做。

某些脱臼在用机器制造的柱子观察的研究员是相对地浅和导致由离子束。 其他延伸整个水晶和据推测是已存在的缺陷。 在压缩下,机械焖火造成两缺陷消失。

“所有脱臼从水晶根本逃脱在表面,并且您没获得脱臼存贮,如您在更大的水晶会”,未成年人说。 “什么结果是进程叫 ‘脱臼缺乏’,最近建议由斯坦福的威廉 D. Nix,除了别的以外,迅速有变得其中一个主导的原理的更小的结构为什么更加严格”。

未成年人解释, “这个想法是,如果脱臼换码材料,在他们可以配合和倍增前,那里不是启用强加的变形的足够有效的脱臼。 这个结构可能只扭屈,在新的脱臼被创建后”。 这精密地是这个进程他和他的同事观察与 NCEM 的在原处显微镜, “脱臼缺乏”是小的结构增大的强度的正确的说明的有力的证据。

无瑕疵的材料和机械焖火

如果一根无瑕疵的 nanoscale 镍柱子继续被压缩,什么发生? 某事必须产生,发生,当脱臼的新的来源 “有核”在材料时。 由于机械焖火,当现有的脱臼在这根柱子消失,新的脱臼来源的生核发生在累进更高的重点。

在柱子结构,塑料变形可能采取突然铺平,凸起,扭转或者剪的表单这根柱子,新的脱臼爆炸通过它繁殖。 或者被硬化的柱子,使更加加强由机械焖火,可能猛击舍去到这个基体 -,即使柱子和基体是同一片持续金属。 两个进程在原处显微镜的严重的被录影的实验被获取了。

电子显微镜术的图 2.

变形和几何

NCEM 研究员使用的小谎用机器制造生产了轻微逐渐变细的镍柱子,并且研究员注意到,受影响的此几何塑料变形在哪里和怎样发生了,一般是极大在更加小直径,自由末端 (顶层) 的这根柱子。

改进的力量在与变形的范例

在更大的柱子,处理直径的那些 300 毫微米,机械焖火不是完全的,并且那些脱臼依然是可视在压缩以后。 被陈列的甚而这些柱子提高了力量,并且累进更高的重点是需要的继续变形 - 加下划线点它是确定在这些小的数量的力量移动缺陷的创建。

“柱子测试几何的秀丽是我们可以直接定义重点。 然后我们可以关联被评定的重点与在原处记录的分离塑料活动,并且更加清楚解释定量数据从我们的实验”,未成年人说。 “关于什么的辩论确定一个小的结构的力量几乎下来到鸡和鸡蛋问题 - 事是否是严格,因为您需要一个高重点移动已经是那里的脱臼? 因为您需要一个高重点对有核新的脱臼,或者它是否是严格? 在这种情况下,看起来来源生核 - 即, ‘鸡蛋’ - 是这个决定因素”。

鸣谢

“机械焖火和来源有限变形在 submicrometre 直径 Ni 水晶”,由 Z.W. Shan, Raj Mishra, S.A. Syed Asif, Oden L. 沃伦和安德鲁 M. Minor,在 2008 1月,问题本质材料,预付款在线发行 2007年 12月 23日出现,在 http://www.nature.com/nmat/journal/vaop/ncurrent/full/nmat2085.html。 此工作部分地支持由从美国能源部的授予对 Hysitron, Inc. 的,并且由从科学母鹿办公室的授予,基本的能源科学办公室。

来源: 劳伦斯伯克利

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

Last Update: 13. June 2013 17:34

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