鎳-鋁薄膜拉伸的分子動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、薄膜界面力學(xué)的研究為薄膜材料(器件)的斷裂失效現(xiàn)象提供指導(dǎo)意義,薄膜材料(器件)的斷裂失效通常發(fā)生在薄膜和基底結(jié)合的界面處,如何正確評(píng)價(jià)薄膜基底之間的界面結(jié)合性能是目前學(xué)術(shù)界及工程界廣泛關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題之一。本論文采用三維分子動(dòng)力學(xué)模擬方法,模擬了Ni/Al雙金屬薄膜系統(tǒng)在軸向拉伸的加載過(guò)程,對(duì)雙金屬界面系統(tǒng)在拉伸變形的過(guò)程中界面位錯(cuò)形貌結(jié)構(gòu)的形成以及在拉伸過(guò)程中界面滑移位錯(cuò)的發(fā)射和初始位錯(cuò)結(jié)構(gòu)對(duì)滑移位錯(cuò)發(fā)射的影響進(jìn)行了分析,然后對(duì)不同溫

2、度下的加載進(jìn)行了比較,最后對(duì)Ni/Al薄膜界面與Ni/Cu薄膜界面的弛豫后失配位錯(cuò)進(jìn)行了比較。
　　對(duì)Ni/Al薄膜系統(tǒng)的拉伸加載過(guò)程的模擬結(jié)果表明:Ni/Al薄膜的拉伸過(guò)程與宏觀材料類似,可以分為彈性變形和塑性變形兩個(gè)階段,在彈性變形過(guò)程中,應(yīng)力隨著應(yīng)變的增加呈線性增長(zhǎng),而在塑性變形階段,應(yīng)力應(yīng)變曲線會(huì)出現(xiàn)塑性流動(dòng)。在弛豫結(jié)束后,Ni/Al薄膜界面的初始失配位錯(cuò)正在形成,三種不同的界面形成的初始失配位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)不同在Ni(001)/

3、Al(001)界面,初始失配位錯(cuò)為方格狀網(wǎng)絡(luò),位錯(cuò)線為均勻分布狀態(tài),在Ni(110)/Al(001)界面,位錯(cuò)為十分混亂的結(jié)構(gòu),非常無(wú)序,在Ni(111)/Al(001)界面,位錯(cuò)為折線型結(jié)構(gòu),分布均勻;在軸向加載的過(guò)程中,三種晶向結(jié)合的薄膜都有位錯(cuò)的發(fā)射,但不同的是其發(fā)射源不同,由于初始界面失配位錯(cuò)的影響,后續(xù)的滑移位錯(cuò)面的發(fā)射都在這些初始的位錯(cuò)線上發(fā)射出來(lái),對(duì)于Ni(001)/Al(001)和 Ni(111)/Al(001)界面系統(tǒng)

4、,初始滑移位錯(cuò)發(fā)射均為在界面[110]和[110]方向上發(fā)出,并且發(fā)射的滑移位錯(cuò)面都是以{111}面為主,在位錯(cuò)擴(kuò)展的過(guò)程中,各滑移面也出現(xiàn)有碰撞現(xiàn)象,碰撞后,影響到了位錯(cuò)交界區(qū)域的附近區(qū)域,致使出現(xiàn)了一少部分混亂的位錯(cuò)原子。然后在10K、50K、150K、300K溫度下對(duì)其進(jìn)行的軸向拉伸加載,結(jié)果表明在彈性階段應(yīng)力與應(yīng)變的比率(彈性模量)逐漸降低,屈服強(qiáng)度也有了一定程度的降低。最后,對(duì)比Ni/Al薄膜系統(tǒng)與Ni/Cu薄膜系統(tǒng)的初始界面