基于纳米压痕的氧化镓晶体断裂韧度检测方法研究

发布时间：2021-04-09 10:02

　　为了快捷、精准测量脆性易解理氧化镓晶体的断裂韧度,为氧化镓精密加工提供理论依据。采用G200纳米压痕仪对氧化镓晶体进行纳米压痕试验,通过扫描电子显微镜分析压痕形貌,分别采用纳米压痕法、能量法两种方法计算断裂韧度。纳米压痕法测得（010）面氧化镓晶体的断裂韧度为0.769 MPa·m^1/2;能量法测得其断裂韧度为0.782 MPa·m^1/2。与传统的断裂韧度检测方法相比,基于纳米压痕仪的压痕法和能量法能够微损伤快速检测脆性材料的断裂韧度。能量法是更精准、更便捷的纳米级断裂韧度检测方法。 

【文章来源】：人工晶体学报. 2020,49(06)北大核心

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

卸载段初始点斜率(接触刚度)示意图

1.2 能量法在纳米压痕法计算KIC过程中,使用的氧化镓晶体的弹性模量EIT和硬度HIT参数值,需要使用Berkovich压头才能测量,然后更换成Cube压头,压出径向裂纹。所以,不能通过一种压头一次实验得到全部数据,因此存在着更换压头而带来的误差,针对此问题,冯义辉和张泰华等[9-10]发展了一种基于压入能量的KIC检测方法,可以从单次的压痕实验测定所有的分析参量,大幅度简化检测环节。借助棱锥压入的能量标度关系,用压入功恢复率Wu/Wt替代式(1)中的HIT/EIT作为分析量。在压痕加载过程中,外部施加在压头的力对试样做的功称为压入总功Wt,在压痕卸载过程中,压头对试样做的功称为卸载功Wu,压入总功Wt与卸载功Wu是通过载荷-位移曲线(图3)积分计算出来的,为积分量,受径向裂纹的影响较小,借助量纲分析,在未开裂的情况下,对具有较大等效半锥角(>60°)的自相似压头的压入过程,满足如下的压入能量标度关系:

2.1 试验样品以及压痕仪参数试验样品采用中国电子科技集团公司第四十六研究所通过导模法制备的单晶氧化镓(β-Ga2O3)晶体,(010)为其主要晶面,晶体的尺寸大小为10 mm×10 mm×1 mm,(010)晶面经过研磨、化学机械抛光处理,加工后得到的晶面经过激光显微镜检测,表面粗糙度为4.8 nm,如图4所示。

【参考文献】：
期刊论文
[1]陶瓷断裂韧性测试方法准确性和简便性比较分析[J]. 万德田,魏永金,包亦望,田远.  硅酸盐学报. 2019(08)
[2]应用纳米压痕技术表征水泥基材料微观力学性能[J]. 周伟玲,孙伟,陈翠翠,缪昌文.  东南大学学报(自然科学版). 2011(02)
[3]压头曲率半径对单晶硅径向纳动损伤的影响[J]. 张赜文,余家欣,钱林茂.  机械工程学报. 2010(09)



本文编号：3127425