纳米晶体断裂表面上的毛是剪切平面形成的证据
A Hasnaoui1, H Van Swygenhoven, P M Derlet
1Paul Scherrer Institute, CH-5232, Villigen-PSI, Switzerland.
Science (New York, N.Y.)
|June 7, 2003
概括
纳米晶体材料表现出高硬度但低可塑性. 研究人员发现,特定的颗粒误导阻碍了塑料变形,这表明高角度的颗粒边界是提高这些材料可塑性的关键.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 机械工程 机械工程
- 物理 物理学 物理
背景情况:
- 纳米晶体材料表现出增强的硬度,但减少延伸到故障,经常显示易碎的行为.
- 这些材料的断裂表面有时会显示穴结构,表明有性断裂机制.
- 在变形行为中这种明显矛盾的根本原因仍然不完全理解.
研究的目的:
- 调查在脆弱的纳米晶体材料中观察到的柔性骨折特征的机制.
- 阐明谷物误导和边界适应在纳米晶体结构的塑性变形中的作用.
- 建立谷物边界特征与纳米晶体材料的整体可塑性之间的联系.
主要方法:
- 在完全密集的纳米晶体材料上进行拉伸实验,平均颗粒大小小小于100纳米.
- 分析断裂表面以识别和表征微观结构特征,如坑结构.
- 采用大规模的原子模拟来模拟纳米尺度的变形机制,并了解谷物相互作用.
主要成果:
- 拉伸测试证实硬度增加和显著减少延伸到失败,与脆性行为一致.
- 在断裂表面上始终观察到孔结构,这表明局部延展性故障.
- 原子学模拟显示,具有特定误导的集群颗粒阻碍了颗粒边界的适应,导致局部剪切平面和坑形成.
结论:
- 在脆弱的纳米晶体材料中观察到的坑结构归因于围绕着错误定向的谷物集群的局部剪切平面.
- 这些聚合的粒,由于它们的误导,不能在粒边界有效地适应应变,从而限制了整体的塑性变形.
- 这些发现强烈表明,一般高角粒边界的普遍存在对于在纳米晶体材料中实现良好的可塑性至关重要.
