研究目的
研究晶体取向对A面、C面、M面和R面蓝宝石在冲击载荷和静载荷下裂纹扩展的影响。
研究成果
蓝宝石在冲击和静载荷下表现出各向异性裂纹扩展,其激活的滑移系统因晶体取向而异。冲击载荷会导致快速开裂和疲劳,而静载荷则呈现近乎线性的力增长,并在卸载时伴有一定非线性。研究证实R面在冲击下会产生赫兹锥形裂纹,但其他晶面的情况尚不明确。该研究为提升蓝宝石在加工应用及器件性能方面提供了见解。
研究不足
该研究仅限于特定的晶体取向和加载条件;并未涵盖所有可能的取向或极端环境。设备可能存在测量误差,且A面、C面和M面的锥形裂纹出现情况尚不明确。未来工作可优化测试参数并探索更多取向。
1:实验设计与方法选择:
采用自主研发的高频循环冲击疲劳测试仪进行高频循环冲击试验和静态载荷压痕试验,旨在分析不同加载条件下的力信号与断裂形貌。
2:样品选择与数据来源:
使用Helios新材料有限公司提供的四种蓝宝石样品(A面、C面、M面、R面),尺寸为10 mm × 10 mm × 0.43 mm。样品经抛光处理至平均表面粗糙度Ra < 0.30 nm以消除缺陷与残余应力。
3:43 mm。样品经抛光处理至平均表面粗糙度Ra < 30 nm以消除缺陷与残余应力。 实验设备与材料清单:
3. 实验设备与材料清单:设备包括配备洛氏压头(直径0.1 mm)的高频循环冲击测试装置、压电式力传感器(Kistler 9203型)、电荷放大器(Kistler 5018A型)、数据采集卡(DEWESoft SIRIUS MINI方案)、激光位移传感器(基恩士LK-G5000系列)、扫描电子显微镜(SEM-Phenom ProX台式机与ZEISS EVO18)及白光干涉仪(Zygo NV7300)。材料包含蓝宝石样品与金刚石压头。
4:1 mm)的高频循环冲击测试装置、压电式力传感器(Kistler 9203型)、电荷放大器(Kistler 5018A型)、数据采集卡(DEWESoft SIRIUS MINI方案)、激光位移传感器(基恩士LK-G5000系列)、扫描电子显微镜(SEM-Phenom ProX台式机与ZEISS EVO18)及白光干涉仪(Zygo NV7300)。材料包含蓝宝石样品与金刚石压头。 实验流程与操作步骤:
4. 实验流程与操作步骤:冲击测试中,样品固定于超声振子上,以20 kHz频率、4/6/8/10 μm振幅及1/2/3/4 s冲击时长振荡,记录力信号;静态载荷测试通过1 μm进给间隔、4/6/8/10/12/14 μm最大深度及10 s保压时间进行顺序加载-卸载,利用SEM与白光干涉仪分析表面形貌。
5:数据分析方法:
分析力信号的峰值力与疲劳阶段,观察断裂形貌以识别裂纹体系并根据晶向提出模型,测量三维形貌进行变形分析。
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