纳米压痕法测量纳米晶金属Cu薄膜力学性能的研究

采用纳米压痕法测量了不同厚度（180～1000nm）的纳米晶Cu膜的硬度和弹性模量.结果表明,Cu膜硬度与厚度的关系类似于Hall-Petch关系,而弹性模量与厚度无关,其值相比块体粗晶Cu下降了约20%,分析位移-载荷曲线发现晶粒尺寸越大的Cu膜其位移跳跃现象越明显.另外,对于不同厚度的Cu膜其临界剪切应力的范围约在3.02～4.07GPa之间,基本接近粗晶Cu的理论剪切强度,位错塞积依然是其塑性变形的主要机制.     

Fe/Cu纳米多层薄膜中内应力对其力学性能的影响

利用直流磁控溅射方法制备了Fe/Cu纳米多层膜,使用扫描电子显微镜(SEM)、薄膜应力分布测试仪和纳米压痕技术研究了不同周期结构Fe/Cu纳米多层薄膜的内应力及其纳米力学性能.在Fe/Cu纳米多层薄膜中,由于铁和铜的结构和本征性能的差异,形成多层膜结构后存在张应力,其张应力在周期T=10时达到910.08 MPa,对应的纳米硬度为12.3 GPa.随着多层薄膜调制周期数T的增加而内应力逐渐降低,纳米硬度和弹性模量随着张应力缓释也出现下降.根据纳米薄膜内应力对其力学性能的影响,探讨了内应力与薄膜纳米力学性能的相关性.     

调制周期对ZrN/TiCuN纳米多层涂层的微观结构与力学性能的影响

为了系统研究电弧离子镀技术制备的纳米多层涂层的微观结构与力学性能的关系,通过调节样品转速,制备了不同调制周期的ZrN/TiCuN纳米多层涂层.利用扫描电子显微镜（SEM）、能量色散X射线光谱仪（EDS）、X射线衍射仪（XRD）、透射电子显微镜（TEM）及纳米压痕仪,分析了多层涂层的微观形貌、化学成分、相结构和力学性能以及多层涂层界面的微观结构对涂层力学性能的影响.结果表明,Zr N/TiCuN纳米多层涂层属于典型的电弧离子镀涂层表面形貌.随着调制周期减小,纳米单层厚度变薄,涂层表面形貌及厚度变化不明显;涂层中Zr、Ti的含量先降低后略有升高,而N含量的变化与之相反,且所有多层涂层和单层涂层都呈现出过化学计量比（N/Zr或N/Ti）;多层涂层中ZrN(200)衍射峰强度逐渐减小,硬度逐渐提高,在调制周期最小时硬度达到最大值31.5 GPa;Zr N/Ti CuN多层涂层界面处存在大量共格结构,且连续贯穿几个相邻涂层,在涂层界面处可以发现较多位错.随着调制周期减小,膜层更均匀.在多层涂层结构中,降低涂层厚度、增加共格结构的界面可有效增加纳米多层涂层的硬度.     

纳米压痕试验在纳米材料研究中的应用

纳米材料由于其本身特殊的尺度,呈现出与体材料完全不同的力学、摩擦学性质.纳米压痕试验作为一种在纳米尺度进行力学、摩擦学性质表征的有效手段,已经被成功地运用于单层/多层薄膜、超薄膜、纳米线/管等纳米材料的纳米摩擦学研究中.在硬度、弹性模量的测量以及弹性/塑性形变、应变强化等现象的研究中已经取得了许多重要的成果.但是,目前的纳米压痕试验还存在着重复性差、精确定量困难、缺少统一的测试标准等问题.寻找解决这些问题的方法,是纳米压痕试验未来发展中的重要课题.     

Sn-Zn钎料Cu接头的界面反应及力学性能

研究了时效对Sn-Zn-Bi-Nd/Cu接头的界面反应和力学性能的影响.实验结果表明:经过150 ℃下400 h时效,反应扩散层中不仅原有的Cu5Zn8反应层厚度增加,在近Cu一侧还形成了Cu6Sn5反应层.此外,实验发现在Cu5Zn8反应层中易形成微裂纹,且裂纹长度随着时效时间的延长而增加.此时Sn-Zn钎料接头的剪切强度低于Sn-Pb钎料接头的剪切强度,断裂形式为贯穿CusZns反应层的解理断裂.在80℃时效后,Sn-Zn钎料接头的剪切断口位于钎料区,断裂形式为延性断裂,当时效时间达到1000 h,接头的剪切强度与Sn-Pb钎料接头的剪切强度相当.     

SnBi/Cu焊接接头的剪切性能及界面微观组织分析

通过对断口形貌和界面微观组织的观察分析,研究了3种Sn-Bi/Cu焊接接头的剪切断裂机理.结果表明:3种Sn-Bi/Cu焊接接头均在弹性变形阶段断裂,并且均沿Sn-Bi焊料/Cu基板界面处断裂.孔洞降低了3种Sn-Bi/Cu焊接接头的有效连接面积,从而降低了其剪切强度.根据3种Sn-Bi/Cu焊接接头断口形貌,Sn59.9Bi40Cu 0.1/Cu和Sn57.9Bi40Zn2Cu 0.1/Cu焊接接头剪切断裂机制属于准解理、沿晶脆性断裂和韧窝的混合型断裂,而Sn42Bi58/Cu焊接接头剪切断裂机制属于准解理断裂.微观组织分析显示,3种焊料合金焊接接头界面处的金属间化合物层均为连续的Cu₆Sn₅相.     

ZrC/ZrB2纳米多层膜的微结构和耐磨性

采用射频磁控溅射方法在Si(100)基底上制备了一系列ZrC/ZrB2纳米多层膜和ZrC,ZrB2单层薄膜.通过扫描电子显微镜(SEM),MS-T3000摩擦磨损仪及表面轮廓仪(XP-2)研究了薄膜的微结构和耐磨性.结果表明,多层膜的界面清晰,调制周期性好,周期为3.52 nm的多层膜摩擦系数最小,约为0.24;ZrC/ZrB2纳米多层膜的耐磨性优于ZrC和ZrB2单层薄膜;ZrC/ZrB2多层膜耐磨性提高的主要原因是,调制结构中大量界面的存在,提高了薄膜的韧性,从而增强了薄膜的耐磨性能.     

调制比对TC4/ZrB_2多层膜结构和机械性能的影响

为研究不同调制比对TC4/ZrB_2(tTC4∶tZrB_2)纳米多层膜结构和机械性能的影响,采用磁控溅射镀膜技术在Si基底上设计制备了一系列具有不同调制比(tTC4∶tZrB_2)的TC4/ZrB_2纳米多层薄膜,利用X线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(HRTEM)和纳米压痕系统对多层膜的晶体结构、断面形貌、硬度、弹性模量和膜基结合情况进行测量,并通过退火处理对多层膜的热稳定性进行分析.结果表明:界面的扩散和畸变抑制了两调制层的结晶生长,使多层膜呈非晶结构.在tTC4∶tZrB_2为1∶5时,多层膜的硬度和弹性模量均达到最大,分别为22.40 GPa和263.11 GPa.在550℃退火后,多层膜硬度增加约2.6GPa.分析认为,两材料的模量差和界面处形成的交变应力场强化了材料的硬度,而混合界面的存在增强了多层膜的高温稳定性能.     

基于FIB和TEM的纳米材料中界面分层破坏的实验方法研究与应用

本文针对三维尺寸均处于纳米量级的材料与结构中常见的界面分层破坏问题,利用聚焦离子束技术(FIB)和透射电子显微镜(TEM)开发设计了一套研究纳米材料中界面端部裂纹启裂行为的实验方法.采用FIB成功从宏观多层薄膜材料(硅/铜/氮化硅,Si/Cu/SiN)中切割制备出了由硅基体(Si)和200 nm厚铜薄膜(Cu)及1000 nm厚氮化硅层(SiN)构成的纳米悬臂梁试样.利用高精度微小材料加载装置,在TEM中对该试样进行加载实验,并原位观测了不同试样中Cu/Si界面端部裂纹启裂的行为.通过对启裂瞬时Cu/Si界面上临界应力分布的有限元分析发现,不同尺寸试样中的界面上法向应力与剪切应力均集中在距界面端部100 nm的范围内,且临界法向应力远大于剪切应力.对应力分布的进一步分析则发现,距界面端部5 nm区域内的法向应力场控制着Cu/Si界面的分层破坏过程,可用于表征界面分层破坏的局部控制准则.     

5083铝合金表面化学镀Ni-P镀层的力学性能

采用化学镀方法在5083铝合金基体上制备了Ni-P非晶薄膜,采用纳米压痕技术在不同应变速率下研究Ni-P非晶薄膜的硬度、弹性模量和变形行为.结果表明,Ni-P非晶薄膜硬度不是一个恒定值,与纳米压痕的压入深度有关,而弹性模量基本保持不变;载荷-深度曲线出现跳跃及台阶现象与应变速率有关,应变速率愈慢,曲线出现台阶现象越明显;跳跃台阶源于单个剪切带的开动,而在高的应变速率条件下,由于多个剪切带的开动,曲线上便不出现跳跃台阶.     

Fe—Ni／Cu磁性多层膜中层间耦合和磁性的研究

利用振动样品磁强计和电子顺磁共振谱仪研究了Ｆｅ－Ｎｉ／Ｃｕ多层膜中的层间耦合和二维效应，以及它们对磁性的影响，对于Ｆｅ－Ｎｉ（３．０ｎｍ）／Ｃｕ多层膜，面内饱和场Ｈｓ，矫顽力Ｈｃ，剩磁比均随Ｃｕ层厚度作同步振荡变化，对于Ｆｅ－Ｎｉ（２．０ｎｍ）／Ｃｕ和Ｆｅ－Ｎｉ（３．０ｎｍ）／Ｃｕ多层膜，有效饱和磁化强度与共振线宽ΔＨ，随Ｃｕ层厚度作同步振荡变化。在它们的铁磁共振谱中，除了一致进动共振模外，还存在     

Co—Al／Cu多层膜中层间耦合的振荡对光学性质和磁光效应的作用

用四探针法,纵向表面磁光效应,极克尔磁光谱仪和椭圆偏胱谱仪研究了离子束溅射法制备的「Ｃｏ９０Ａｌ１０（１．６ｎｍ）／Ｃｕ」３０多层膜中的层间耦合,磁光效应及光学性质。结果发现对于Ｃｏ－Ａｌ／Ｃｕ多层膜,其面内饱和场ＨＳ,矫顽力ＨＣ,磁电阻ΔＲ／Ｒ,特别是等效介电函数δ,磁光极克尔角θＫ分别随Ｃｕ层厚度的变化同步作周期性的振荡,其 ０．９ｍｍ。     

制备条件和退火对Co／Cu多层膜的巨磁电阻及结构的影响

用射频磁控溅射方法在不同条件下制备了数个系列的Ｃｏ／Ｃｕ多层膜样品，成功地观察到巨磁电阻随Ｃｕ层厚度的振荡行为。对比不同制备条件，发现清洁、较好的背景真空是获得巨磁电阻的关键。真空退火显著地降低了巨磁电阻第一峰的数值，其原因是退火引起的界面状态的微观变化导致相邻Ｃｏ层间的铁磁耦合。然而，对第二峰而言，退火后巨磁电阻值变化较小。用Ｘ－光衍射分析了样品退火后结构的变化     

Metallic Glass Formation by Ion Mixing and Calculation of Glass-Forming-Ability from Inter-Atomic Potential in the Binary Metal Systems

In this article, a brief summary of the up-to-date progress of metallic glass formation by ion mixing of metallic multilayers in the binary metal systems is first presented. Secondly, thermodynamic modeling of metallic glass formation is developed with special consideration of the interfacial free energy of the multilayers. Thirdly, results of molecular dynamics simulations for some representative systems are presented to show the calculation of the glass-forming ability directly from the inter-atomic potential of the binary metal systems.     

Influence of Cu content on the mechanical properties and corrosion resistance of Mg-Zn-Ca bulk metallic glasses

(Mg_66.2Zn_28.8Ca₅)_100?xCu_x (at%, x = 0, 1, 3, and 5) bulk metallic glasses (BMGs) of 2 mm in diameter were prepared by the conventional copper mold injection casting method. Besides, the influence of Cu content on the microstructure, thermal stability, mechanical properties, and corrosion behavior of Mg-Zn-Ca BMGs was investigated. It is found that the addition of Cu decreases the glass-forming ability of Mg-Zn-Ca BMGs. Crystalline phases are precipitated at a higher Cu content, larger than 3at%. The compressive fracture strength of Mg-Zn-Ca BMGs is enhanced by the addition of Cu. With the formation of in-situ composites, the compressive strength of the Mg-Zn-Ca alloy with 3at% Cu reaches 979 MPa, which is the highest strength among the Mg-Zn-Ca alloys. Furthermore, the addition of Cu also results in the increase of corrosion potential and the decrease of corrosion current density in Mg-Zn-Ca BMGs, thereby delaying their biodegradability.     

无钎焊料与Zr基块状非晶合金的润湿行为

通过座滴法研究了Sn-In、Sn-Bi和Sn-Ag-Cu三种焊料分别与块状非晶合金Zr44Cu40Al8Ag8的润湿行为.结果显示在三种焊料中,Sn-In对块状非晶合金Zr44Cu40Al8Ag8的润湿性最好,而Sn-Bi焊料对块状非晶合金Zr44Cu40Al8Ag8的润湿性最差.利用扫描电镜研究了Sn-In焊料与块状非晶合金Zr44Cu40Al8Ag8的界面特征,其界面处有化合物出现.     

Relationship between giant magnetoresistance of NiFe/Cu multilayers and their microstructures

The (111)-orientated NiFe/Cu multilayers were prepared by magnetron sputtering method. At room temperature, saturation magnetoresistances of NiFe/CU multilayers oscillate as a function of Cu spacer layer thickness. Two peak GMR values of 19.4%, 11.6% and 11.2%, 1% appear, respectively, at Cu sublayer thickness of t_Cu,= 1.0, 2.2 nm while the deposition pressures are 0.25 and 0.45 Pa. X-ray small-angle reflections and diffuse scattering at Cu K-edge (8.979 keV) by synchrotron radiation source were used to characterize the interfacial roughness. Diffraction anomalous fine-structure scattering (DAFS) was performed to investigate the local structure of NiFe and Cu sublayers. Results show that the deposition pressure has effect on interfacial roughness of the samples obviously, and the interfacial roughness also affects the GMR values of the samples strongly.     

Cu表面氧化规律及其对铜—陶瓷材料键合强度的影响

在用于电力半导体模块的新型封装材料ＣｕＡｌ２Ｏ３陶瓷直接键合基板中,Ｃｕ与Ａｌ２Ｏ３间形成的键合,是通过ＣｕＡｌＯ化学键,以Ｃｕ２Ｏ为中介形成的,其键合强度主要受ＣｕＣｕ２Ｏ之间的结合力限制．从而可以认为,铜箔表面的氧化层对键合强度起着极为重要的作用．为此,文中对Ｃｕ表面的氧化规律、氧化层厚度与时间和温度间的关系及其对ＤＣＢ板界面键合强度的影响进行了仔细的研究,获得了较理想的结果．     

NiFe/Cu多层膜巨磁电阻与界面结构的研究

采用磁控测射方法制备的ＮｉＦｅ／Ｃｕ多层膜，在室温下测量到巨磁电阻随Ｃｕ层厚度振荡的第三峰，讨论了ＮｉＦｅ／Ｃｕ多层膜界面结构对巨磁电阻的影响     

Electric transmission behavior of self-assembled Cu–W nano multilayers

Metallic nano multilayers were usually prepared by dual targets alternating deposition method. In this paper, a series of self-assembled Cu–W nano multilayers with different modulation periods were deposited on single crystal silicon substrate by dual targets confocal magnetron sputtering technique. The self-assembled film presented an alternation of W-rich layer and Cu-rich layer. The degree of coherence of the layered interface can be adjusted by controlling both the solid solubility of W-rich...