复合材料中B-SiC内部裂纹TEM研究.pdfVIP

电子显微学报j．Chin．Electr．Microsc．Soc． 17(5)：477～4781998年 477 孟祥敏b2C．S．LEElRobertK．Y．L11 吕毓雄1’2戴吉岩2李斗星2 (1．香港城市大学材料科学与物理系，2．中国科学院金属研究所固体原子像开放研究实验室) 材料的断裂，特别是实用结构材料的断裂，人们极为关注，并进行了大量的理论和实验研究， 但就其机制来说，至今仍未能得到很好认识，主要原因在于对裂尖的结构及受载条件下的形变行 为缺乏深入的了解。近年来，Ohr口3等人利用TEM中的原位观察装置，研究了一些金属材料裂纹 尖端的形变行为，提出了一个无位错区(DFZ)模型，认为裂尖与塑性区之间存在一无位错区，延 性材料为几个nm，半脆性材料可达几十pm，裂纹扩展伴随位错的发射，一旦外加载荷减小，从 etal口1 裂尖发射的位错将返回裂尖而消失。但Ohr对脆性材料的断裂行为没有解释。Hockey et andLawn 错运动和塑性区存在，认为陶瓷是一个完全脆性材料。随着HREM技术的发展，对裂尖的认识 用压痕法制备的裂纹，认为裂纹尖端附近无位错和塑性区存在，脆性材料为解理断裂。我们01也 曾报导过半导体超晶格材料由于存在内应力而产生的微裂纹，在裂纹尖端附近有多余半原子面 纹进行了具体研究。 成的高指数面，台阶高度为一个面间距，在裂尖附近，有一个小的应力奇异区，在裂尖预裂纹处有 多余半原子面存在。在对复合材料内部SiC颗粒的研究中我们发现，除了6H～SiC外，还有少量 上，向SiC颗粒内部扩展，裂纹为原子级的尖裂纹，裂纹长度近似为35nm，裂纹扩展方向接近 [112]方向但不与之平行，裂纹面不是fcc的密排面，且由一系列台阶组成，台阶的高度为一个原 子面间距，在裂尖区有一刃位错形成，在此位错前面，我们还可以看到一刃位错，它可能是裂纹扩 展过程中发射出去的。裂纹内部不是空的，有类似非晶的存在。图C为裂尖附近的高倍数放大像， 可以看到在裂尖前端位错为刃位错，它的6一÷CLl0]，Burgers回路如图所示。 以上的实验结果告诉我们，由于脆性材料的解理面是个结合力量小的面，在SiC颗粒制备或 复合材料的制备过程中，颗粒内部产生层错，当SiC颗粒所受到的应力值达到一定值时，层错或 解理面本身等处可视为起始微裂纹源，首先失稳扩展；扩展方向与所受外应力有关，当所受应力 垂直于微裂纹面时，裂纹发生I型断裂，裂纹沿滑移面扩展“]}当所受应力与微裂纹面的法线方 向成一夹角时，为I一Ⅱ型混合加载，所受应力可以分解为两个方向的分力，垂直滑移面的张应力 *本课题为国家自然科学基金资助项目 电子显微学报J．Chin．Electr．Microsc．Soc 对于预裂纹来说相当于纯I型加载，使裂纹沿两相邻的滑移面张开；与滑移面平行的力使滑移面 上、下两部分的原子相向移动，从而产生一些失配位错，在裂纹面上产生一个台阶，随着失配位错 的向前运动，裂纹不断向前扩展，界面台阶不断生成，所受应力也在不断减小，台阶间距也逐渐变 小，当所受应力与原子间的结合力达到平衡时，这种状态将得到维持，从而在裂纹尖端能够看到 一个失配位错。 参考文献’ [1]OhrSM．Mater．Sci．and 1． Eng．，1985，72 B [Z]80ckeyJandLawnBR．J．Mater．Sci．，1975。(10){1275． 由]LawnBR．J．Am．Ceram．Soc．，1983，66(2)l83--91． 融]TanakaH，BandoY，InomataYandMitomo M．J．Am．Ceram．Soc．，1988，71(1)l C．32一c．33． XM，DaiY，LiD 口]Me“g J X．5APEM．Conf．1．5