学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

小尺度材料力学性能测试系统的设计及实验

作　者: 徐文亮
导　师: 张滨
学　校: 东北大学
专　业: 材料学
关键词: 微力实验系统微尺度材料单轴拉伸疲劳三点弯曲
分类号: TB301
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 61次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

随着微电子机械系统(Micro Electro Mechanical System, MEMS)技术的兴起和发展,MEMS器件已大量应用于信息、能源、交通以及国防等领域。由于MEMS器件用材料在制备、加工以及使用过程中,不可避免地受到单向或循环机械载荷的作用而导致失效,因此,如何评价和测量MEMS用小尺度材料的力学性能至关重要。由于材料尺度的减小,材料所受的外加载荷与变形位移非常小,从而给实验测量带来了很大的困难。虽然国内外在针对小尺度材料力学性能测试方面开展了诸多的研究工作,但在力学性能实验系统的建立和研制方面开展的工作很少。本研究工作利用电磁驱动的原理,研制了一种新型的多功能微力实验系统,并设计了可以满足不同实验方法要求的各种夹具。利用此实验系统,对微米尺度的多晶铜丝、单晶铜箔和GaAs薄膜分别进行了单向拉伸、疲劳加载和三点弯曲实验,并对材料的相关力学性能进行了测试和实验表征。研究结果表明,实验系统的操作过程简便,可进行手动加载和电磁驱动加载。载荷精度为5 mN,位移精度可以通过电源系统的输出电压控制。实验系统的载荷范围为0.01-3 N；通过电源系统输出多种波形,实现了不同类型的加载方式,从而达到了实验系统的多功能化目的；通过对多晶Cu丝的单轴拉伸实验,证明本实验装置能够完成小尺度材料的拉伸断裂强度的测定；单晶Cu箔的疲劳实验结果表明,实验系统可以用来获得金属箔材料的疲劳寿命曲线,并可进行疲劳损伤行为的进一步研究。GaAs薄膜的三点弯曲实验获得了不同厚度GaAs薄膜的断裂强度。通过与文献报道的Si薄膜断裂强度实验结果的对比,验证了本实验结果的可靠性和本测试系统开展三点弯曲实验的可行性。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-8
目录  8-10
第1章绪论  10-23
  1.1 引言  10-11
  1.2 小尺度材料简介  11-12
  1.3 小尺度材料力学性能的主要实验方法  12-19
    1.3.1 单轴拉伸方法  12-14
    1.3.2 薄膜弯曲实验  14-18
    1.3.3 金属薄膜的疲劳实验方法介绍  18-19
  1.4 MEMS材料拉伸实验的进展  19-21
  1.5 本研究的目的和内容  21-23
第2章微力实验系统的设计  23-33
  2.1 引言  23
  2.2 实验装置的设计  23-26
    2.2.1 驱动装置的选择  23-25
    2.2.2 驱动装置工作原理  25-26
  2.3 实验装置的结构和功能  26-31
    2.3.1 实验装置的结构  26-27
    2.3.2 原位观察的实现方式  27-29
    2.3.3 实验与载荷的同轴对中  29
    2.3.4 多功能夹具的应用  29-31
  2.4 本章小结  31-33
第3章采用微力实验系统进行小尺度材料力学性能测试实验方法  33-43
  3.1 引言  33
  3.2 铜丝的单轴拉伸实验  33-36
    3.2.1 样品制备  33-36
    3.2.2 实验方法  36
  3.3 单晶Cu箔的拉-拉循环疲劳实验  36-38
    3.3.1 样品制备  36-37
    3.3.2 实验方法  37-38
  3.4 砷化镓薄膜的三点弯曲实验  38-41
    3.4.1 样品制备  38-39
    3.4.2 实验方法  39-41
  3.5 力学性能测试样品的SEM表征原理  41-43
第4章几种小尺度材料的力学性能测试  43-56
  4.1 引言  43-44
  4.2 Cu丝单轴拉伸实验  44-49
    4.2.1 实验结果  44-46
    4.2.2 断裂试样的SEM观察  46-48
    4.2.3 分析讨论  48-49
  4.3 单晶Cu箔的拉-拉循环疲劳实验  49-52
    4.3.1 实验结果与讨论  49-52
  4.4 砷化镓薄膜的三点弯曲实验  52-54
    4.4.1 实验结果  52-54
    4.4.2 分析讨论  54
  4.5 本章小结  54-56
第5章结论  56-57
参考文献  57-62
致谢  62

小尺度材料力学性能测试系统的设计及实验

内容摘要

全文目录

相似论文