數(shù)字散斑相關方法及微-納米尺度熱力學測試研究.pdf

1、本文對實驗力學中的新技術--數(shù)字散斑相關方法進行了系統(tǒng)研究,提出了圓形窗口與矩特征序列相結合的數(shù)字散斑相關方法.因圓形窗口與矩特征序列均具有平移和旋轉不變性,并且矩特征序列與所屬圖像能夠滿足一一對應的關系,因此該方法用矩特征序列作為圖像相關性比較的依據(jù).該方法克服了多數(shù)相關理論和搜索方式都具有的不適合于大轉角變形測量的缺點,在樣品既有平動又有較大轉角的轉動的情況下也能夠精確地測定樣品的位移與變形. 本文詳細地分析了該方法的可靠性

2、、算法穩(wěn)定性及圖像的灰度分布、圖像中用于計算的表面紋理或斑點尺寸大小和搜索子區(qū)的選擇等對相關計算精度的影響. 在此基礎上,本文應用該方法測定了遠紅外陶瓷基底及附著在其上的半導體電熱膜的熱膨脹系數(shù),得到了陶瓷基底及電熱膜的熱膨脹系數(shù)隨溫度變化的曲線,并測定了Sn-Ag金屬間化合物的熱膨脹系數(shù).和其它測定熱脹系數(shù)的方法相比較,數(shù)字散斑相關方法可以測定薄膜材料、微觀尺度材料在不同溫度區(qū)間的熱脹系數(shù). 為了實現(xiàn)變溫條件下的微、納

3、米尺度原位觀測,本文在本原CSPM-930掃描探針顯微鏡的STM的基礎上研制了變溫樣品臺,可以在樣品升溫到110℃的情況下進行原位掃描.并討論了掃描隧道顯微鏡(STM)中熱樣品和探針之間的傳熱方式,從微尺度傳熱學的角度出發(fā),用Boltzmann理論來描述熱流通過空氣層由被測樣品表面?zhèn)鬏數(shù)教结樶樇獾臒醾鲗栴},當時間尺度在弛豫時間量級而長度遠大于局域熱力學平衡下的特征尺寸時,其熱傳導問題可以用雙曲型熱傳導方程來表達.樣品溫度升高對隧道電流

4、的影響也被作為專題詳加討論,得到在一定溫度范圍內,隧道電流隨溫度增加的變化趨勢,分析了探針上的熱量傳遞方式并得到了探針上溫度分布的解析解. 焊料中的錫與銅、銀、金等金屬所產生的金屬間化合物對作為電子組件的金屬的熱疲勞性能能夠產生重大影響.本文通過涂覆錫銀無鉛焊料的銀箔在-80℃～75℃的交變溫度環(huán)境下的低周疲勞斷裂實驗,從力學和材料兩個方面分析了覆錫銀箔在Ag3Sn金屬間化合物的影響下的疲勞斷裂機理,認為:一方面,焊料與銀箔的交

5、界面上的Ag<,3>Sn金屬間化合物提高了焊料與銀箔之間的潤濕性能并最終保證了焊料與銀箔較高強度的機械連接；另一方面,由于Ag<,3>Sn是高強度的脆性材料,與錫、銀存在著機械性能與熱性能的不匹配,在Ag<,3>Sn與錫、銀的界面上出現(xiàn)了應力集中現(xiàn)象,易萌生疲勞裂紋,隨著熱載荷循環(huán)周次的增加,多條疲勞裂紋與Ag<,3>Sn中的微孔相互連接并最終導致覆錫銀箔的斷裂.根據(jù)對焊料與銀箔間裂紋擴展所進行的有限元模擬解釋了Sn-Ag金屬間化合物對