单晶锗裂纹扩展行为的仿真与实验研究

• 作者: 李初晨 李珊 马一鸣 毛科
• 来源期刊: 有色金属工程
• 关键词: 单晶锗 分子动力学 纳米压痕 裂纹扩展
• 年，卷（期）: 2021,（5）
• 所属期刊栏目: 材料制备与加工|Materials Preparing and Processing
• 页码范围: 25-31
• 页数: 7页
• 分类号: O346.1
• 语种: 中文
• DOI: 10.3969/j.issn.2095-1744.2021.05.005

摘要

单晶锗加工时裂纹的产生严重影响表面质量,为进一步探究单晶锗裂纹扩展的影响因素,通过分子动力学仿真方法,对不同晶面的表面能进行了计算,模拟了不同晶面、同一晶面不同取向以及不同温度对单晶锗裂纹扩展行为的影响,并通过纳米压痕实验对仿真结果的准确性进行了验证.结果表明:单晶锗(110)晶面的表面能最小且更易产裂纹.裂纹在同一晶面不同取向上的扩展行为呈现出周期性镜像对称现象,裂纹尖端出现应力集中和原子错配现象,使得裂纹扩展呈现子母裂纹且路径偏移.在其他条件不变的情况下,适当降低温度更有利于提高裂纹临界扩展应力,降低扩展速率,从而达到抑制裂纹扩展,提高单晶锗加工表面质量的效果.通过纳米压痕实验,发现不同取向下,裂纹扩展的难易程度不同,随着压载的增大,分别出现了45°最长裂纹,165°最易产生裂纹,285°最难产生裂纹并且裂纹最短.