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接触界面的破碎机制及稳定高度位错结构

时间:2023-06-29 理论教育 版权反馈
【摘要】:第三种键合机理与界面结构的分解有关。图1.12所示为一个典型的高度位错结构的键合接头照片。很明显,这种结构是由于键合表面的应变造成的,而来源于键合面上的各种污染物颗粒则有助于高度位错结构的稳定。Parks[15]对接触界面的破碎进行了大量研究,研究结果认为,有两种机制适用于接触界面的破碎行为:回复和再结晶。回复意味着位错结构的重新调整以降低系统的总应变能。Parks的研究结果证实,根据材料的变形程度,可以减少实际的键合温度。

接触界面的破碎机制及稳定高度位错结构

第三种键合机理与界面结构的分解有关。如前面所述,键合表面的应变、残留氧化物颗粒附近的金属挤压变形以及键合线上的晶体晶面匹配等因素是构成高度位错键合线结构的原因。这种高度位错的结构为平面,其内部含有相对较高的能量。图1.12所示为一个典型的高度位错结构的键合接头照片。很明显,这种结构是由于键合表面的应变造成的,而来源于键合面上的各种污染物颗粒则有助于高度位错结构的稳定。

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图1.12 电阻凸焊软钢熔核界面结构

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图1.13 动态回复后微观组织中的位错胞[27]

这种结构的分解很大程度上是热辅助过程,要形成高度位错的结构需要大量的变形能,其中,大部分能量存储于界面结构内部。随着激活能等级的变化,界面结构将很快分解到一个较低能级的状态。Parks[15]对接触界面的破碎进行了大量研究,研究结果认为,有两种机制适用于接触界面的破碎行为:回复和再结晶。回复意味着位错结构的重新调整以降低系统的总应变能。回复是在相对较低的温度下进行的,位错只在局部位置上移动以构成晶界结构[24-26]。在回复过程中,位错自我调整到位错胞中。图1.13所示为一种位错胞[27]。Parks发现如果界面分解行为有限不能产生回复,那么界面只能产生少量的有效键合。此外,如果采用较高的退火温度,会使能得键合线发生再结晶,键合强度将大幅提升,如图1.14所示。再结晶过程中将出现新晶粒的形核和生长。Parks认为激活能足够高,键合线处能量大幅减少,是形成完整键合接头的关键

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图1.14 不同材料焊缝强度与退火温度的关系[24]

[注:978-7-111-30042-7-Part01-28.jpg);1psi=6894.76Pa]

焊接过程中,残留存储能(局部变形)在回复和再结晶过程中发挥重要的作用。Parks的研究结果证实,根据材料的变形程度,可以减少实际的键合温度。图1.15所示为不同材料在不同变形程度下发生再结晶所需的温度。

界面结构的分解程度与所施加的应变量以及所经受的温度循环有关。提高应变量(顶锻量)会明显增加材料的变形程度,从而促使界面结构破碎程度的增加。一段时间的保温可以提供激活能,使键合过程得以进行。从以上讨论可以发现一个有趣的现象,顶锻量越大,所需的键合时间越短,温度越低。而在实际操作中,延长键合时间,提高键合温度,则有利于获得最大程度同质化的接头结构。

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图1.15 不同材料再结晶温度与变形程度的关系[15]

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