申请/专利权人：长沙理工大学

申请日：2024-03-28

公开（公告）日：2024-06-21

公开（公告）号：CN118230865A

主分类号：G16C60/00

分类号：G16C60/00;G06F17/10;G06F30/20;G01N3/42;G06F113/26;G06F119/14

优先权：

专利状态码：在审-公开

法律状态：2024.06.21#公开

摘要：本发明公开了一种针对离子辐照YSZAl2O3薄膜Si基底系统的硬化机理分析方法。该方法针对由YSZAl2O3薄膜和Si基底两种不同材料组成的系统，可同时考虑纳米压痕尺寸效应、非均匀分布的辐照缺陷、未辐照材料的软化效应及多层薄膜内部的约束层滑移对系统硬度测量的影响。基于薄膜和基底之间存在的界面对塑性区几何构型和扩张速率的影响，将整个纳米压痕过程分为无界面影响阶段、位错塞积阶段、位错穿越界面阶段和位错稳定传输等四个阶段，并基于各阶段塑性区体积变化对平均位错密度和缺陷密度的影响，详细推导了四个阶段的硬度理论模型。该发明可将基底效应从整个系统中有效分离，可为分析该类系统的其它力学性能提供借鉴。

主权项：1.一种YSZAl2O3薄膜Si基底系统的辐照硬化分析方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：第一步：首先对YSZAl2O3薄膜Si基底系统的材料特性进行分析，根据纳米压痕实验，结合未辐照条件下的硬化模型，YSZAl2O3薄膜Si基底系统的硬度可表示为： 式中表示薄膜中统计位错的硬化贡献，是与薄膜材料体硬度相关的特征长度,V表示塑性区体积，表示第三阶段非辐射基底中的塑性区体积，表示第三阶段辐射薄膜内塑性区体积，为体硬度，表示与体硬度相关的特征长度，为比例系数，Q表示辐照硬化效应的特征参数，h为压痕深度，为第三阶段表征辐照层中压痕尺寸效应的特征参数，为第三阶段表征非辐照层中压痕尺寸效应的特征参数，为第四阶段表征辐照层中压痕尺寸效应的特征参数，为第四阶段表征非辐照层中压痕尺寸效应的特征参数；第二步：对未辐照的YSZAl2O3薄膜Si基底系统进行纳米压痕实验，得到未辐照条件下的硬度深度曲线并对离子辐照之后的YSZAl2O3薄膜Si基底系统进行纳米压痕实验，得到离子辐照条件下的硬度深度曲线第三步：根据上一步得到的硬度深度曲线对第一阶段的实验数据采用最小二乘线性回归法得到参数和Q，再根据第二阶段的硬度表达式与未辐照实验数据对比拟合得到薄膜材料参数k2，最后基于第三阶段的实验数据，同样采用最小二乘线性回归方法同时得到基底材料参数及薄膜材料参数第四步：基于离子辐照条件下的硬度深度数据并结合离子辐照硬化模型以及前一步骤中得到的参数和Q，将第一阶段的硬度深度曲线转换成此时 其中最后通过理论模型fh与实验数据的比较分析可同时得到参数n和具体方法为将实验数据及函数fh在整个h范围内的数据画于同一对数坐标系中，其中在时近似为直线，其斜率为n，同时在对数坐标系中，与fh的交点横坐标为第五步：基于所得的未辐照和离子辐照条件下的参数，结合所提出的硬化理论模型分别得到有无离子辐照条件下YSZAl2O3薄膜Si基底系统的硬度随压痕深度的演化结果；第六步：对实验数据进行对比，可以看出无论在有无离子辐照的情况下，本专利方法与实验数据都有着良好的一致性，而且基于本方法可以对YSZAl2O3薄膜Si基底系统整个纳米压痕过程中的不同硬化机制进行有效分析，可以有效分析辐照缺陷、CLS、基底统计位错密度、薄膜统计位错密度、基底几何必须位错密度、薄膜几何必须位错密度对YSZAl2O3薄膜Si基底系统硬度贡献随压痕深度的演化情况。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 长沙理工大学 一种针对离子辐照YSZ/Al₂O₃薄膜/Si基底系统的硬化机理分析方法

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