单晶硅纳米力学性能的测试

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　　　　　光学　精密工程　　　　　

第17卷　

4),这充分说明单晶硅是一种硬脆型材料。然而

在较低载荷条件下,单晶硅在压头作用下则表现出延性特性,此时压痕附近区域没有裂纹情况出现(图5)。结合上述分析可知,通过纳米尺度下切削加工方式加工微小型硅构件,必须采用适当的加工方式和工艺参数,在延性状态下对单晶硅进行微纳米级切削加工,才可能达到较高的加工质量。

图6是得到的两组单晶硅压痕测试的载荷和压痕深度的实验关系曲线,图6(a)的卸载曲线中出现了曲线斜率变化显著的拐点,图6(b)的卸载曲线出现了变化平缓的阶段,导致该现象的原因在于金刚石工具头作用导致卸载过程中材料内部结构改变,而使得材料力学性能发生了变化。结合实验结果测得载荷为10mN时单晶硅的硬度为15.7GPa

。

　　。实验发现单晶硅在较高载荷条件下硬脆特性明显;而在较低载荷条件下,则表现出延性特性,这对指导单晶硅纳米尺度下切削加工具有一定的意义。通过纳米压痕实验测试发现晶体硅在载荷条件10mN时的硬度值

(a)最大载荷力25mN(a)Maximumload25

mN

(b)最大载荷力50mN(b)Maximumload500mN

图6　载荷2压痕深度的实验关系曲线

Fig.6　Loadsvsdisplacements

5　结　论

为15.7GPa;结合纳米压痕实验测试得到的载荷与压痕深度关系曲线,证实纳米压痕测试过程晶体硅内部结构发生了改变。

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