Cr,Mo对Cu/Si(100)薄膜体系结构、电阻率及扩散性能的影响

利用简易合金靶材在Si(100)基底单靶磁控溅射制备Cu(Cr)、Gu(Mo)薄膜.研究薄膜在300~500℃退火前后的结构、电学及扩散性能的变化.结果表明,Cr、Mo的加入增强了Cu薄膜的(111)织构,且溅射态薄膜电阻率显著增加.真空退火后,Cu(200)和Cu(220)衍射峰增强,但薄膜保持较强的(111)织构.Cu(1.19%Cr)薄膜电阻率随温度升高先减小后增加,400℃退火后电阻率最小,为2.76μΩ.cm,接近纯Cu薄膜(2.55μΩ.cm);而Cu(1.28%Mo)薄膜的电阻率一直呈下降趋势.Cu(1.28%Mo)薄膜在400℃退火30 min后,薄膜与Si基底间的互扩散深度约60 nm,与纯Cu薄膜(约70 nm)相似.而Cu(1.19%Cr)薄膜的互扩散深度较小为30 nm.Cr显著减小了Cu、Si之间的互扩散.这与Cr在薄膜/基体界面处的偏聚有关.     

直剪条件下单裂隙岩体力学行为数值模拟试验

为探究单裂隙岩体剪切过程中的力学行为,利用颗粒流程序研究裂隙倾角和法向应力对单裂隙岩体力学行为的影响,分别从岩体力学性能、破坏模式及细观力学特征3方面对非贯通单裂隙岩体试样直剪试验中的力学行为进行数值模拟。研究结果表明:(1)法向应力越大,剪应力峰值及对应剪切位移越大,裂隙倾角为60°时,剪切应力峰值最低,与完整试样相比,裂隙试样黏聚力下降最为明显;(2)剪应力曲线由低法向应力(小于5 MPa)时的"光滑"状转变为高法向应力(大于15MPa)时的"台阶"状,主要是高法向应力时岩体内微裂纹产生的速度快慢相间,致使裂纹扩展具有明显的阶段性;(3)法向应力越大,试样内微裂纹数目越多,剪切裂纹数目逐步增加,但仍以张性裂纹为主,大部分微裂纹在剪应力峰后段形成,单裂隙岩体的破坏主要是由张性裂纹汇聚贯通而形成的宏观拉破坏;(4)单裂隙岩体的剪切破坏是颗粒间最大接触力位置的转移与微裂纹交汇贯通的结果,"压致拉"作用力在剪切过程中作用明显。     

加载速度对低合金钢缺口试样解理断裂临界事件的影响

通过对低合金钢 (WCF 6 2 )在 - 10 0℃不同加载速度下的缺口试样四点弯曲 (4PB)实验及对断口和截剖金相试样的观察 ,研究了加载速度对低合金钢缺口试样解理断裂临界事件的影响 .结果表明 :加载速度从 30mm min增加到 5 0 0mm min时 ,解理断裂的临界事件由晶粒尺寸裂纹的扩展控制到扩展和起裂的混合控制再转变为起裂控制 ,其根本原因是材料的屈服应力σy 随加载速度的增加而升高 .临界事件随加载速度的变化决定了缺口韧性随加载速度的变化     

结合材料界面端脆性断裂的最大周向应力准则

基于结合材料界面端附近的线弹性奇异应力场和单一材料I-II复合型V型切口的脆性断裂准则,提出了结合材料界面端脆性断裂的最大周向应力准则;为了检验该断裂准则的正确性,用有机玻璃(PMMA)和铝(AL)2种材料加工成2种结合角的界面端试样,进行拉伸破坏试验,应用上述断裂准则对试样在界面端的起裂方向和相应的临界载荷进行了预测;并与试验结果进行了比较,试验结果表明,理论预测结果与试验结果比较吻合。     

Cu互连中V、V-N和V/V-N薄膜的扩散阻挡性能

采用磁控溅射法在Si(100)基板上沉积厚度为50nm的V、V-N和V/V-N扩散阻挡层,并在扩散阻挡层上制备了厚度为300nm的Cu薄膜,最终获得了Cu/V/Si、Cu/V-N/Si和Cu/V/V-N/Si 3种多层薄膜.薄膜样品在300~750℃真空热处理1h后,通过X射线衍射(XRD)仪、扫描电子显微镜(SEM)和四探针电阻测试(FPP)仪对薄膜样品的晶体结构、微观组织形貌和方块电阻进行测试表征,对比分析了V、V-N和V/V-N 3种扩散阻挡层的扩散阻挡性能.实验结果表明:V、V-N和V/V-N扩散阻挡层均能够有效阻挡Cu原子向Si基板的扩散;Cu/V/Si和Cu/V-N/Si薄膜样品分别在600和650℃时能够保持良好的热稳定性;Cu/V/V-N/Si多层薄膜中由于堆栈结构的存在,样品在700℃还具有良好的热稳定性,表明堆栈结构的V/V-N是一种较理想的扩散阻挡层.     

Ⅱ型加载条件下复合材料与管线钢共固化界面有效搭接长度试验

为了确定复合材料与管线钢共固化胶结界面受剪时的有效搭接长度,设计了双搭接胶结试件拉伸试验.对界面在Ⅱ型加载条件下的失效扩展过程进行了试验研究和有限元模拟.试验结果表明,界面的破坏形式为脱粘失效.试验得到了复合材料表面沿拉伸方向上的应变分布规律,胶结界面剪切应力与滑移量之间的关系(Bond-Slip曲线),计算可得Ⅱ型加载条件下复合材料与管线钢胶结界面的临界能量释放率为1062 N/m,界面的有效搭接长度约为15.5 mm.将临界能量释放率应用到有限元模拟的界面本构,模拟得到的复合材料沿拉伸方向的应变分布规律与试验结果对比较好.有限元分析结果表明,裂纹沿着胶结界面由两侧向中间位置逐渐发生与扩展.     

裂纹深度对裂尖应力分布及韧性的影响

对C-Mn钢不同裂纹深度试样的有限元分析及力学实验的结果表明,在未出现延性裂纹的下转变区(-100℃),临界COD值δ_c随裂深度的增加而降低,在相同裂尖张开值时,浅裂纹裂端的三轴应力度明显低于深裂纹,表现为δ_c明显依赖于三轴应力度。解理的临界阶段为第二相尺寸的微裂纹向周围基体扩展的应力控制过程,为使裂端主应力提升至相同水平(δ_f),浅裂纹需要更大的裂尖张开值,这是浅裂纹试样具有较高韧性的内在原因。     

氢化非晶氮化硅薄膜的光学特性研究

采用螺旋波等离子体增强化学气相沉积(HWP-CVD)技术以SiH4和N2为反应气体沉积了氮化硅(SiN)薄膜,利用傅里叶红外吸收谱(FTIR)、紫外-可见透射谱(UV-VIS)等对薄膜的键合结构、光学带隙等参量进行了测量与分析.结果表明,采用HWP-CVD技术能在较低的衬底温度下制备低H含量的SiN薄膜,所沉积的薄膜主要表现为Si-N键合结构.适当提高N2/SiH4比例将有利于薄膜中H含量的降低.     

叶状ZrO_2/SiO_2二元氧化物薄膜的制备与表征

空气-水界面薄膜的研究具有重要的理论和实际意义。本文采用自组装法制备了ZrO2/SiO2二元氧化物薄膜,并通过红外光谱、扫描电镜、透射电镜等一系列分析手段对其性质进行了表征。红外光谱和元素分析证实了薄膜中Zr、Si的存在,且Zr/Si的物质的量比是1/1.6,比前驱物中的Zr/Si比略大。XRD谱图证明薄膜中有层状结构存在,d值为3.3nm。TEM观察发现,组成薄膜的颗粒为叶片状纳米颗粒,片状颗粒长约100nm到150nm,宽约30nm到50nm,上面能够明显地看到层状结构的痕迹。     

基于数字散斑技术的压-剪裂隙岩体破坏过程分析

为了研究压-剪应力环境下裂隙岩体内部的裂纹起裂、扩展及破坏过程,采用水泥砂浆材料制作含不同倾角的非平行裂隙试样,并在刚性试验机上进行限制性压剪试验。与此同时,采用高分辨率电荷耦合器件(CCD)相机连续捕捉图像,并采用高精度数字散斑技术对变形图像进行处理,得到压剪加载过程中试样表面的应变场及位移场,进而获取非平行裂隙间的破坏过程。研究结果表明:压-剪应力共同作用下非平行裂隙试样的破坏形式基本可以分为脆性破坏和非脆性破坏;脆性破坏下,在加载初期试样内部的裂隙尖端并无翼裂纹产生,且试样破坏迅速,加载曲线峰后段加载力突然下降至残余值;非脆性破坏下,试样加载曲线可分为4个阶段,在压密阶段试样内部无裂纹产生,而在非线性变形阶段试样内部预制裂隙尖端将衍生出翼裂纹,加载过程中试样并未发生突然破坏,且加载曲线的峰后阶段加载力持续下降;此外,不同的裂隙倾角导致试样呈现出不同的破坏模式,当裂隙倾角为0°和180°时,试样内部断续裂隙间虽形成了贯通,但其主要破坏面是试样中部的贯通剪切破坏面。对于倾角为45°、90°和135°的情况,试样内部并未形成贯通式的破坏面,而是裂隙尖端衍生出的裂纹扩展至试样边界导致的破坏。     

纤维方位角对玻纤复合材料破坏机理的影响研究

利用扫描电子显微镜（SEM）对不同纤维方位角的玻纤增强树脂复合材料（GFRP）在单拉载荷下的破坏过程进行了实时观测．在桥联模型基础上，将纤维剪应力和基体正应力定义为界面的应力状态，对概化的GFRP材料单元进行了定量分析，得到了单拉载荷下纤维体积分数为27．5％的单元起裂时的应力状态，并通过最大应力强度准则确定了导致起裂的应力分量．综合SEM图片中裂纹形态和断口形貌，分析了不同纤维方位角的GFRP材料裂纹萌生和裂纹扩展的机理．分析结果表明，随着纤维方位角增大，导致GFRP材料裂纹萌生的应力分量由基体最大主应力演化为界面剪应力；裂纹扩展路径由最大主应力控制的基体开裂演化为最大剪应力控制的界面开裂．     

界面端脆性开裂扩展的数值模拟

用有限元分析了简支梁下表面粘贴异质材料后粘贴材料性能及结合角对界面端附近应力分布的影响,在此基础上,分别应用最大切应力准则和最大周向拉应力准则对界面端开裂扩展进行了数值模拟.计算结果表明,粘贴材料的性能及结合角仅对界面端附近的应力数值有影响,而对其分布规律影响不大;界面端或者由最大切应力引起沿界面开裂扩展,或者由最大周向拉应力引起垂直于界面在梁内开裂扩展.     

全层片组织 TiAl 基合金室温断裂机理的研究

在ＳＥＭ和ＴＥＭ下对Ｔｉ３３Ａｌ３Ｃｒ０．５Ｍｏ合金全层片组织薄板状和薄膜状试样分别进行了动态拉伸，并原位观察了试样中裂纹的形核及扩展过程．发现裂纹遇到内相界面时会发生偏转或裂尖发生钝化；主裂纹主要以使剪切带断裂而与微裂纹相连接的方式扩展并沿曲折路径进行．     

CrNiMo钢缺口根部疲劳裂纹萌生的研究

本文采用单边缺口板状试样研究了四种含碳量的CrNiMo钢缺口根部的疲劳裂纹萌生寿命及其萌生机制。裂纹萌生可能有四种方式—沿驻留滑移带压入挤出、微孔聚集型切变、准解理和沿晶机制。文中论述了钢的含碳量、热处理规范及外加应力水平对裂纹形核机制的影响。研究表明:在双对数坐标中,表观循环应力范围和萌生寿命的关系可用两段不同斜率的直线来描述,两段萌生线的分界点随钢的强度水平提高而迅速向低周次范围推移,但两段的裂纹萌生均仍属于应力疲劳范畴。文中分析了微观塑性变形对缺口根部实际循环应力范围和应力循环比的影响,给出了对它们进行修正估算的方法。修正后的实际循环应力范围和萌生寿命的关系可用一条直线反映出来。在此基础上,提出了一种用光滑试样应力疲劳曲线估算缺口根部裂纹萌生寿命的新方法。     

高温环境2A12–T4铝合金多轴疲劳失效规律研究

许多工程结构在服役过程中往往承受着复杂的多轴疲劳载荷和热力耦合作用,仅靠常温情况下的单周载荷来简化复杂多轴载荷状态的失效预测方法将不再适用。为研究2A12–T4铝合金的高温多轴疲劳失效规律,本实验在175℃环境温度下,选取等效Von-Mise应力幅值,通过间断式加载记录不同拉扭加载循环下的裂纹萌生与扩展情况,研究特定加载路径对裂纹萌生与扩展的影响。实验结果表明,相位差为0时,裂纹萌生方向沿MSSA平面;在相位差为45°时,裂纹萌生传播方向与最大切应力平面方向相近,最大切应力在裂纹萌生过程中起到主要作用;在λ=0.5、φ=0和λ=1.0、φ=0两种情况下,裂纹萌生初期沿着最大切应力平面方向传播,传播过程中存在第I阶段向第II阶段转变的过程;在λ=0.5、φ=45°和λ=1.0、φ=45°两种情况下,不存在明显的第I阶段向第II阶段转变的过程;对比4种加载方式下的疲劳裂纹萌生期与疲劳寿命比,发现切应力比重的增大加速裂纹的萌生过程,相位差的存在阻碍了裂纹的萌生过程。     

不同角度裂纹缺陷对材料动态断裂行为的影响

采用新型数字激光动态焦散线试验系统,对含相互垂直和相互共线两种裂纹缺陷介质在冲击载荷作用下的动态断裂行为进行了研究。结果表明:在动态冲击载荷的作用下,边裂纹缺陷处应力集中程度远大于试件的内部裂纹缺陷处应力集中程度;当裂纹从垂直内部裂纹缺陷的端部再次起裂时,表现为Ⅰ/Ⅱ复合型断裂;起裂后,裂纹的断裂模式很快由Ⅰ/Ⅱ复合型向Ⅰ型转化;而对于内部共线裂纹缺陷而言,裂纹的起裂和扩展始终表现为Ⅰ型断裂形式。当内部裂纹缺陷垂直于边裂纹时,内部垂直裂纹缺陷对边裂纹扩展的裂纹尖端的应力强度因子和裂纹扩展速度均有抑制作用;且当裂纹再次从内部垂直裂纹缺陷处起裂后,裂纹的扩展速度和应力强度因子也较共线裂纹缺陷时的高;裂纹扩展速度与裂纹尖端的动态应力强度因子呈正相关性。     

基于DBSCAN算法与GMM 理论的铝合金板孔边疲劳裂纹萌生监测

针对航空结构中多孔铝合金板在疲劳载荷作用下的孔边裂纹萌生监测问题,以光纤传感系统为基础结合小波分解、含噪声的密度空间聚类以及高斯混合模型,提出了一种孔边裂纹萌生监测方法。首先以光纤光栅传感系统采集循环加载条件下多孔铝合金板孔边裂纹萌生至结构断裂全程中孔边微应变并构建孔边微应变曲线。对孔边微应变曲线进行小波分解,得到微应变曲线的低频分量与高频分量,并以低频分量最小值及高频分量突变作为孔边裂纹萌生特征。在分析裂纹萌生时引入DBSCAN 算法与GMM 理论用于计算孔边裂纹萌生时的疲劳加载循环数并进行比较与分析得到多孔铝合金板孔边主裂纹的萌生位置以及孔边主裂纹裂纹萌生时的疲劳加载循环数。试验结果表明:此监测方法能够准确定位出孔边主裂纹的萌生位置,计算孔边主裂纹萌生时的疲劳加载循环数,且疲劳加载循环数计算误差在5%以内。在未来可应用于全机地面疲劳试验、结构健康监测等多种场景。     

基于聚焦离子束铣削的复杂微纳结构制备

聚焦离子束铣削是一种灵活且高精度的微加工方法,探索通过聚焦离子来铣削进行复杂微纳米结构的加工过程．通过聚焦离子束铣削加工,利用灰度值精确控制离子柬加工时间,实现闪耀光栅以及正弦结构等复杂微纳结构的加工过程同时,利用聚焦离子束对原子力显微镜纳米管探针的长度进行高精度调控,其长度控制精度可以小于50nm．聚焦离子柬铣削技术为制备在各种科学工程领域应用的多种复杂微结构提供了有效途径．     

三维垂直裂纹在材料界面的扩展及影响因素

 针对三维垂直裂纹扩展到双材料界面时的路径选择问题,建立了双材料三维垂直裂纹在界面扩展的计算模型,提出了三维垂直裂纹在材料界面扩展的3 种方式及判断准则;以线弹簧模型模拟两种材料间的界面胶结情况,得到了裂纹在界面处的剪切位移及剪切应力,结合虚拟裂纹扩展技术计算能量释放率沿裂纹边缘的分布情况,分析了裂纹长度、界面参数及材料弹性模量对裂纹扩展路径的影响。结果表明,随着裂纹长度的增大,界面剪切位移逐渐增大,界面容易发生剪切滑移;随着界面参数的增大,能量释放率减小,同时,剪切位移也随之急剧减小,说明界面参数的增大对阻止裂纹穿透界面及沿界面扩展具有明显作用;当裂纹在较硬材料内时,裂纹容易穿透界面进入较软材料内。     

纤维增强陶瓷中界面层和热应力对基体开裂的影响

基于可以考虑界面层效应和界面剪应力作用的三层组合圆筒模型,对纤维增强陶瓷材料分别得到沿纤维方向承受拉伸载荷和热降落引起的应力表达式,包括界面出现剪切滑移和裂纹在基体中扩展后的应力再分配及应力集中。在此基础上建立了可以考虑界面层和热应力影响的基体开裂临界应力求解方程。在不考虑界面层和热应力的条件下其可退化为著名的ＡＣＫ解。最后以材料ＳｉＣｆ／ＳｉＣｍ为例,计算并讨论了界面层和热应力对该临界载荷的影响,得到的理论预估值与实测值有较好的一致。