單向壓縮和納米壓痕引起的單晶硅相變研究.pdf

1、單晶硅材料在應(yīng)用過(guò)程中經(jīng)常由于受到外部載荷的作用而導(dǎo)致可逆或不可逆的結(jié)構(gòu)變形或斷裂破壞，研究發(fā)現(xiàn)控制材料破壞失效的力學(xué)機(jī)制除滑移和位錯(cuò)外，晶體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)相變也起了至關(guān)重要的作用，在一定程度上決定了材料的硬度和屈服強(qiáng)度，對(duì)單晶硅在不同外載作用條件下的結(jié)構(gòu)相變研究有助于了解材料的失效力學(xué)機(jī)制，也可以預(yù)測(cè)晶體的結(jié)構(gòu)演化過(guò)程。
　　 本文應(yīng)用分子動(dòng)力學(xué)方法對(duì)納米單晶硅在承受單向壓縮及納米壓痕載荷作用時(shí)的力學(xué)行為進(jìn)行了計(jì)算模擬，選取Ter

2、soff勢(shì)計(jì)算Si-Si之間相互作用，而利用Morse勢(shì)計(jì)算Si-C之間作用，并考慮尺寸及溫度因素對(duì)模擬的影響。在確定模擬正確性之后，通過(guò)觀察分析變形過(guò)程中的晶體結(jié)構(gòu)相變，得到如下結(jié)論：1)單向壓縮過(guò)程中，當(dāng)應(yīng)力值在11 Gpa附近時(shí)Si-I首先向Si-II轉(zhuǎn)變；位于自由表面的原子首先發(fā)生結(jié)構(gòu)相變，然后逐步向中間擴(kuò)散；材料屈服時(shí)晶體結(jié)構(gòu)內(nèi)部同時(shí)存在多種結(jié)構(gòu)晶相。2)與溫度相比，壓強(qiáng)是誘導(dǎo)相變的主要原因；溫度對(duì)材料彈性階段的力學(xué)行為影響較