機械燜火,增大的強度,并且材料為什麼變得更加嚴格,雖然他們變得更小

包括的事宜

背景

在毫微米級別的力量

機械變形

脫臼的減少

集中的離子束用機器製造

無瑕疵的材料和機械燜火

變形和幾何

改進的力量在與變形的範例

鳴謝

背景

結構由金屬製成變得更小 -,當他們的維數處理測微表縮放比例 (儀表的 millionths) 或少他們變得更加嚴格。 科學家發現了此現象 50 年前,當評定力量錫 「頰鬚」直徑的長度時一些個測微表和一些毫米。 許多原理建議解釋更小為什麼更加嚴格,但是只在最近安排它變得可能發現和記錄什麼在微小的結構實際上發生在重點下。

圖 1。

在毫微米級別的力量

安德魯未成年人,在能源部的材料學分部勞倫斯伯克利國家實驗室,有從 Hysitron 的同事的合併和通用汽車公司研究與開發中心,在原處顯微鏡在國家中心用於電子顯微鏡術 (NCEM) 記錄發生了什麼,當鎳柱子與直徑的在 150 和 400 毫微米 (儀表的 billionths 之間) 是壓縮的在一臺平面的打孔機下由金剛石製成。 傳輸電子顯微鏡被裝備,以便範例可以強調,被評定和被錄影,當被觀察在電子束下時。

「什麼控制金屬對象的變形是背叛的方法,叫脫臼,沿飛機的移動在其晶體結構」,未成年人說。 「脫臼清單的結果是塑料變形。 例如,彎曲一根回形針造成脫臼其兆每平方厘米纏結和倍增,當他們碰到互相并且沿許多側滑面下滑」。

機械變形

一般來說,機械變形傾向於增加脫臼的數量在材料的。 但是為小規模構建,以表面的一個更加巨大的比例對數量,這個進程可以是非常不同的。 從電子顯微鏡的被錄影的圖像幫助研究員知道 nanoscale 鎳柱子為什麼通過給他們是很嚴格在變形時觀察在柱子的微結構的上變化 - 包括一個從未在前被看見的進程研究員取綽號的 「機械燜火」。 (在粒狀材料,燜火,減少密度缺陷的處理,通過加熱通常完成。)

脫臼的減少

未成年人說, 「我們觀察的第一件事情是,在這個測試前,鎳 nanoscale 柱子脫臼有很多。 而是作為我們壓縮了這根柱子,所有脫臼被逐出了材料 - 字面上減少位錯密度由 15 個數量級和生產理想的水晶。 我們稱此作用機械燜火」。

集中的離子束用機器製造

使用集中的離子束、一個新的技術的小規模機械壓縮測試在 2004年首先描述的 (FIB)由美國空軍研究實驗室的邁克爾 Uchic 和他的同事,較小的柱子和他的同事測試從純鎳用了機器製造。 小謊技術在 20 世紀 50 年代比這種金屬 「」使成為可能創建更小的結構首先被學習的頰鬚,通過生長水晶做。

某些脫臼在用機器製造的柱子觀察的研究員是相對地淺和導致由離子束。 其他延伸整個水晶和據推測是已存在的缺陷。 在壓縮下,機械燜火造成兩种缺陷消失。

「所有脫臼從水晶根本逃脫在表面,并且您沒獲得脫臼存貯,如您在更大的水晶會」,未成年人說。 「什麼結果是進程叫 『脫臼缺乏』,最近建議由斯坦福的威廉 D. Nix,除了別的以外,迅速有變得其中一個主導的原理的更小的結構為什麼更加嚴格」。

未成年人解釋, 「這個想法是,如果脫臼換碼材料,在他們可以配合和倍增前,那裡不是啟用強加的變形的足够有效的脫臼。 這個結構可能只扭屈,在新的脫臼被創建後」。 這精密地是這個進程他和他的同事觀察與 NCEM 的在原處顯微鏡, 「脫臼缺乏」是小的結構增大的強度的正確的說明的有力的證據。

無瑕疵的材料和機械燜火

如果一根無瑕疵的 nanoscale 鎳柱子繼續被壓縮,什麼發生? 某事必須產生,發生,當脫臼的新的來源 「有核」在材料時。 由於機械燜火,當現有的脫臼在這根柱子消失,新的脫臼來源的生核發生在累進更高的重點。

在柱子結構,塑料變形可能採取突然鋪平,凸起,扭轉或者剪的表單這根柱子,新的脫臼爆炸通過它繁殖。 或者被硬化的柱子,使更加加強由機械燜火,可能猛擊舍去到這個基體 -,即使柱子和基體是同一片持續金屬。 兩個進程在原處顯微鏡的嚴重的被錄影的實驗被獲取了。

電子顯微鏡術的圖 2.

變形和幾何

NCEM 研究員使用的小謊用機器製造生產了輕微逐漸變細的鎳柱子,并且研究員注意到,受影響的此幾何塑料變形在哪裡和怎樣發生了,一般是極大在更加小直徑,自由末端 (頂層) 的這根柱子。

改進的力量在與變形的範例

在更大的柱子,處理直徑的那些 300 毫微米,機械燜火不是完全的,并且那些脫臼依然是可視在壓縮以後。 被陳列的甚而這些柱子提高了力量,并且累進更高的重點是需要的繼續變形 - 加下劃線點它是確定在這些小的數量的力量移動缺陷的創建。

「柱子測試幾何的秀麗是我們可以直接定義重點。 然後我們可以關聯被評定的重點與在原處記錄的分離塑料活動,并且更加清楚解釋定量數據從我們的實驗」,未成年人說。 「關於什麼的辯論確定一個小的結構的力量幾乎下來到雞和雞蛋問題 - 事是否是嚴格,因為您需要一個高重點移動已經是那裡的脫臼? 因為您需要一個高重點對有核新的脫臼,或者它是否是嚴格? 在這種情況下,看起來來源生核 - 即, 『雞蛋』 - 是這個決定因素」。

鳴謝

「機械燜火和來源有限變形在 submicrometre 直徑 Ni 水晶」,由 Z.W. Shan, Raj Mishra, S.A. Syed Asif, Oden L. 沃倫和安德魯 M. Minor,在 2008 1月,問題本質材料,預付款在線發行 2007年 12月 23日出現,在 http://www.nature.com/nmat/journal/vaop/ncurrent/full/nmat2085.html。 此工作部分地支持由從美國能源部的授予對 Hysitron, Inc. 的,並且由從科學母鹿辦公室的授予,基本的能源科學辦公室。

來源: 勞倫斯伯克利

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

Last Update: 13. June 2013 17:38

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