论文部分内容阅读
材料的性能与其微观结构和存在的缺陷密切相关，所以，对于材料微观缺陷的研究受到研究者的广泛关注。微裂纹是材料中常见的一种结构缺陷，对材料的性能有着极大的影响，微裂纹的萌生和发展与材料的力学性能也紧密相关，可以导致材料的变形和失效。因此，对于材料微裂纹的研究十分重要。许多学者对材料应力与应变做了大量的研究，从而加快了应变测量技术的发展。近年来，结合高空间分辨率的现代分析仪器，研究者们开发了多种能够在微尺度对材料变形场进行测试分析的方法，其中的极值点对分析方法和几何相位分析方法已经被用来分析高分辨透射电子显微图像，能够得到纳米尺度的定量变形信息。但由于在透射电子显微镜中加载困难，这些方法还未能用于原位变形分析。本研究采用全息曝光和等离子体刻蚀技术相结合的方法在单晶硅片表面制作了亚微米尺度的硅柱阵列，并在硅片中心预制了一个小圆孔，使用扫描电子显微镜原位拉伸方法，对单晶硅片进行了单轴拉伸实验，观察并记录了连续载荷作用下裂纹的萌生和发展过程。分别采用极值点对分析方法和几何相位分析方法计算了微裂纹区域的应变场，并将实验数据与线弹性理论预测进行了比较，得到线弹性理论预测能在亚微米尺度表述单晶硅微裂纹尖端的结论，在裂纹尖端的远场区域，实验结果与理论预测吻合良好。