《納米金屬多層膜延性和疲勞性能的約束效應研究》是依託西安交通大學，由劉剛擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：納米金屬多層膜延性和疲勞性能的約束效應研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：劉剛
- 依託單位：西安交通大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
本項目擬在柔性基板上分別製備不同單層厚度和不同調製比的Cu/Ta(fcc/fcc型)和Cu/Cr(fcc/bcc型)納米多層膜，採用微裂紋密度統計法和實時電阻變化監測法測定表征多層膜的延性和疲勞壽命，系統研究不同薄膜尺寸、界面數量和異質結構下多層膜各力學性能和損傷行為的變化規律，揭示強度和延性等靜態力學性能指標對疲勞行為和疲勞性能的影響。通過與等厚度組元材料單層膜的力學性能和變形/損傷行為對比，澄清納米多層膜中單層厚度變化引起的尺寸約束和界面數量變化引起的界面約束效應。開展TEM下原位實驗，測定多層膜的載荷－位移曲線並同步觀察微觀組織動態演變，直觀揭示約束作用對微觀變形機制的影響，明確巨觀性能約束效應的微觀機理。研究結果不僅對套用於積體電路和微機電系統中的膜基器件的服役可靠性評價具有實際意義，同時也對深入理解材料微觀約束變形與性能回響之間的關係提供理論依據。
結題摘要
以Cu/X(X=Cr, Nb, Zr)納米金屬多層膜為研究對象，重點研究了變形與斷裂的約束效應和複合效應及其尺度依賴性，取得的主要研究進展如下： (1) 提出了納米金屬多層膜硬質層先斷裂、軟層約束裂紋擴展的斷裂機理，建立起了納米多層膜的微觀力學斷裂模型，合理解釋了多層膜延性和斷裂韌性隨單層厚度減小非單調變化並出現極大值的實驗現象；(2) 揭示了納米多層膜變形行為的內在與外在尺寸競爭效應，發現當內在調製周期大於20nm臨界尺寸時，變形主要由內在尺寸所控制；反之，內在和外在尺寸對多層膜微柱試樣變形行為的影響相當；(3) 提出了納米金屬多層膜疲勞性能的測試表征方法，總結歸納了調製結構尺寸效應、約束效應和複合效應對疲勞性能的影響規律。 本項目的研究結果有助於理解納米尺度下層合材料的變形斷裂行為，可為相關材料設計和性能最佳化提供借鑑。
