()四位错密度
应用一些物理的和化学的实验方法可以将晶体中的位错显示出来
1. 如用浸蚀法可得到位错腐蚀坑，由于位错附近的能量较高，所以位错在晶体表面露头的地方最容易受到腐蚀，从而产生蚀坑。位错腐蚀坑与位错是一一对应的。
2. 此外用电子显微镜可以直接观察金属薄膜中的位错组态及分布
3. 还可以用X 射线衍射等方法间接的检查位错的存在
位错的形态特点：
● 由于位错是已滑移区和未滑移区的边界，所以位错线不能中止在品体内部，而只能中止在晶体的表面或晶界上。
● 在品体内部，位错线一定是封闭的，或者自身封闭成一个位错圈，或者构成三维位错网
图1.42是晶体中三维位错网络示意图
图1.43是晶体中位错的实际照片
位错密度的概念:
● 在实际晶体中，经常会含有大量的位错，通常把单位体积中所包含的位错线的总长度称为位错密度即V
L =ρ。式中，V 是晶体体积，L 为该晶体中位错线的总长度，ρ的单位为2-m 。
● 位错密度的另一个定义是：穿过单位截面积的位错线数目，单位也是2-m 。 位错密度有多大
一般在经过充分退火的多晶体金属中，位错密度达2121010~10-m ，而经过剧烈冷塑性变形的金属，其位错密度高达2161510~10-m ，即在31cm 的金属内，含有千百万公里长的位错线。
金属材料的强度和位错密度之间的关系：
1. 不含位错的金属强度：
? 如果金属中不含位错，那么它将有极高的强度，目前采用一些特殊方法
已经能制造出几乎不含位错的结构完整的小晶体—直径约为
m μ2~05.0、长度为mm 10~2的晶须，其变形抗力很高
? 例如直径m μ6.1的铁晶须，其抗拉强度竟高达213400m MN ，而工业上应用的退火纯铁，抗拉强度则低于2300m MN ，两者相差40多倍。
? 不含位错的晶须，不易塑性变形，因而强度很高，而工业纯铁中含有位
错，易于塑性变形，所以强度很低。
2. 如果采用冷塑性变形等方法使金属中的位错大大提高，则金属的强度也可以
随之提高。
3. 金属强度与位错密度之间的关系如图1.44所示。图中位错密度m ρ处，晶体的
抗拉强度最小，相当于退火状态下的晶体强度，当经过加工变形后，位错密度增加，由于位错之间的相互作用和制约，晶体的强度便又上升。
文章编号:1671-5497(2004)01-0031-04 收稿日期:2003201225. 基金项目:“九五”国家科技攻关资助项目(962A22203202). 作者简介:程万军(1963-),男,吉林长春人,讲师,博士研究生.E -mail :wjylover @https://www.doczj.com/doc/471299268.html, 20CrMn Ti 钢的位错密度及晶体结构 程万军1,高占民2,黄良驹2 (11吉林大学材料科学与工程学院,吉林长春 130025;21吉林大学辊锻工艺研究所,吉林长春 130025) 摘 要:采用X 射线衍射法及新的线性分析理论,准确地测量了不同应变量时20CrMn Ti 钢的 位错密度,分析了应变量与位错密度的关系。结果表明:位错密度随变形量的增加而提高,退 火状态时位错密度较低。透射电镜试验证明了20CrMn Ti 退火后的组织为铁素体和珠光体, 晶内位错表态为“曲折”形的位错线,变形后形成胞状结构,同时有孪晶出现。胞状结构的出现 大大提高了钢的强度。关键词:20CrMn Ti 钢;X 射线衍射;位错密度;晶体结构;位错形态中图分类号:TG144 文献标识码:A Determination of dislocation densities and crystal structure on 20CrMnTi steel CHEN G W an 2j un 1,GA O Zhan 2m i n 2,HUA N G L iang 2j u 2 (1.College of M aterial Science and Engineering ,Jilin U niversity ,Changchun 130025,China ;2.Roll Forging Institute ,Jilin U niversity ,Changchun 130025,China ) Abstract :Dislocation densities in 20CrMn Ti steel under different sizes of strain were determined exactly by X 2ray diffraction method and a new profile analysis theory.The relation of strain and dislocation densities was analyzed.The results show that the increase of dislocation density is accompanied by the increase of deformation amount.The dislocation density has lower value when the steel is annealed.TEM tests prove that 20CrMn Ti become ferrite and pearlite after annealing.Intragranular dislocation appears as zigzag dislocation line and comes into being cell structure with the appearance of twin crystals after deformation.Cell structure improves the strength of steel greatly. K ey w ords :20CrMn Ti steel ;X 2ray diffraction ;dislocation densities ;crystal structure ;dislocation mode 自从1934年由Taylor ,PoLanyi 和Orowan 3人几乎同时将位错概念引入晶体中并与晶体的不均匀滑移变形相联系以来,位错理论已成为分析金属材料许多重要行为(特别是力学行为)的理论依据。虽然实际金属中位错非均匀分布,且强化常常取决于位错的局部交互作用,但仍以平均位错密度来表征对基体的强化作用,故准确测量具体金属中的位错密度有实用意义。本研究采用X 射线衍射法和新的线形分析理论[1～5],测定了不同变形条件下的位错密度,并分析了影响位错密度的因素。为了深入研究冷塑性变形的强化机制,利用透射电子显微镜对其晶体结构和位错组态进行了研究[6～8]。 第34卷 第1期 吉林大学学报(工学版) Vol.34 No.12004年1月Journal of Jilin University (Engineering and Technology Edition ) Jan.2004
()四位错密度 应用一些物理的和化学的实验方法可以将晶体中的位错显示出来 1. 如用浸蚀法可得到位错腐蚀坑，由于位错附近的能量较高，所以位错在晶体表面露头的地方最容易受到腐蚀，从而产生蚀坑。位错腐蚀坑与位错是一一对应的。 2. 此外用电子显微镜可以直接观察金属薄膜中的位错组态及分布 3. 还可以用X 射线衍射等方法间接的检查位错的存在 位错的形态特点： ● 由于位错是已滑移区和未滑移区的边界，所以位错线不能中止在品体内部，而只能中止在晶体的表面或晶界上。 ● 在品体内部，位错线一定是封闭的，或者自身封闭成一个位错圈，或者构成三维位错网 图1.42是晶体中三维位错网络示意图 图1.43是晶体中位错的实际照片 位错密度的概念: ● 在实际晶体中，经常会含有大量的位错，通常把单位体积中所包含的位错线的总长度称为位错密度即V L =ρ。式中，V 是晶体体积，L 为该晶体中位错线的总长度，ρ的单位为2-m 。 ● 位错密度的另一个定义是：穿过单位截面积的位错线数目，单位也是2-m 。 位错密度有多大
一般在经过充分退火的多晶体金属中，位错密度达2121010~10-m ，而经过剧烈冷塑性变形的金属，其位错密度高达2161510~10-m ，即在31cm 的金属内，含有千百万公里长的位错线。 金属材料的强度和位错密度之间的关系： 1. 不含位错的金属强度： ? 如果金属中不含位错，那么它将有极高的强度，目前采用一些特殊方法 已经能制造出几乎不含位错的结构完整的小晶体—直径约为 m μ2~05.0、长度为mm 10~2的晶须，其变形抗力很高 ? 例如直径m μ6.1的铁晶须，其抗拉强度竟高达213400m MN ，而工业上应用的退火纯铁，抗拉强度则低于2300m MN ，两者相差40多倍。 ? 不含位错的晶须，不易塑性变形，因而强度很高，而工业纯铁中含有位 错，易于塑性变形，所以强度很低。 2. 如果采用冷塑性变形等方法使金属中的位错大大提高，则金属的强度也可以 随之提高。 3. 金属强度与位错密度之间的关系如图1.44所示。图中位错密度m ρ处，晶体的 抗拉强度最小，相当于退火状态下的晶体强度，当经过加工变形后，位错密度增加，由于位错之间的相互作用和制约，晶体的强度便又上升。
《砷化镓单晶位错密度的测量方法》 标准编制说明 1. 工作简况 根据中国有色金属协会字XXXX第XXX号文，由有研光电新材料有限责任公司负责对自2003开始实施的国家标准 GB 8760 - 2003 《砷化镓单晶位错密度的测量方法》进行修订。修订工作从2016年10月起至2018年11月止，完成标准送审稿, 文稿修订人赵敬平、王彤涵、赵素晓、许兴、许所成。 原标准中对测试方法的适用范围、测量仪器、测量过程和计算方法的规定仍然适合于现在的实际应用情况。标准修改的内容主要是在制样过程中引进了研磨机、化学抛光液配比做了修正、腐蚀过程稍作变动，增加了用带数码成像的显微镜测量平均位错的方法。 2. 应用情况 本标准规定的测量方法是测量砷化镓单晶材料位错密度的典型测量方法，所使用的仪器设备成本不高，测量精度能满足绝大多数应用需求，本行业内各单位测量位错密度均采用相同或相似测量方法。近年来相关的改进主要是在仪器方面，主要就是在观测显微镜中加入计算机数码成像系统，使位错腐蚀坑的统计计算和图象记录更方便快捷。 3. 主要修改内容 依据 GB/T1.1-2009 标准化工作导则所确定的规则,在“前言”中，加入了本标准的主要修订内容，使文本更简明，条理更清晰。 修改的条款有： 原4.2条中只讲述了用手工研磨试样，在实际工作中可以用研磨机研磨试样，本标准增加了研磨机研磨试样的过程。 原4.3条款中规定H 2SO 4 ：H 2 O 2 ：H 2 O=3：1：1（体积比），但在实际工作中发 现H 2SO 4 ：H 2 O 2 ：H 2 O=2：1：1（体积比）能缩短抛光时间，且减少硫酸的排放。原4.4条款中“待熔化并澄清后（约400℃）”，在实际工作中，要准确测量 并且稳定控制坩埚内的温度比较困难，也将导致设备复杂程度和测量成本的大幅度提高,且只要熔化的氢氧化钾呈现澄清状态，选择适当的腐蚀时间，都能得到清晰的腐蚀坑，故不再对温度做限制。 原条款5和条款6中，未提及带数码成像的显微镜，在本次修订中做了补充。 修改后标准的主要技术水平与原标准相当。 4. 国外情况 制定原标准时参考了国外标准《ASTM F47》，这项标准主要是有关硅晶体材料的测量标准。现在已制定了针对砷化镓晶体材料的标准《ASTM F1404-92（2007）》，此项标准中与本标准相应的内容基本一致。 5. 建议 建议将此项标准作为推荐性国家标准。
光伏检测——位错密度的测定 XQ 编写 一、位错密度的测定步骤 1、切割、研磨样品。 2、化学抛光：采用HF:HNO3=1：（3~5)的抛光液。注意反应不要太剧烈，以避免样品氧化。 最好不让晶体表面暴露于空气之中。 3、化学腐蚀：一般HF:CrO3(33%)水溶液=1：1的腐蚀液，此腐蚀液具有择优性，且显示可 靠。 4、在腐蚀液中侵泡10～15min可以全部显露出来。 5、在显微镜下观看位错的面密度（ND） D N N S S——单晶截面积；N——穿过截面积S的位错线。 金相显微镜视场面积的大小需依据晶体中位错密度的大小来选定。一般位错密度大时，放大倍数也应大些。国家标准（GB1554-79）中规定：位错密度在104个/cm2以下者，采用1mm2的视场面积；位错密度在104个/cm2以上者，采用0.2 mm2的视场面积。并规定取距边缘2mm的区域内的最大密度作为出厂依据。 二、样品制备 1、根据晶体收尾情况及位错线的长度，在晶体上标明位错片的位置，头部在等径处标明位错片位置。 2、从硅单晶部位取厚度为3mm硅片并编号。 3、硅片用金刚砂研磨只无刀痕、无滑道，并清洗干净（金刚砂粒度不大于28μm）。 4、进行化学抛光，待硅片与抛光液反应产生的氮氧化物黄色烟雾快尽时，用大量离子交换水冲洗干净，重复上述操作，直到样品光亮至镜面。要求抛光面无划道、无浅坑、无氧化、无沟槽等。 抛光液配比：HF:HNO3=1：（3~5)（体积比） HF纯度：化学纯HNO3纯度：化学纯 三、（100）缺陷显示 将样品待测面向下放入腐蚀槽中，倒入足量的Shimmel腐蚀液进行腐蚀，使液面高出样品1cm，腐蚀时间为10～15min。 Shimmel腐蚀液配比：HF:铬酸溶液=2：1（体积比）使用前配置 铬酸溶液配置：称取75g CrO3放入1000mL容量瓶中，用水完全溶解后（需搅拌），在用水稀释至刻度，摇匀。 HF纯度：化学纯CrO3纯度：化学纯 四、缺陷显示 1、在无光泽黑色背景下的平行光照射下，用肉眼观察样品缺陷的宏观分布。 2、在显微镜下根据缺陷的微观特征判断缺陷的性质。若观察到有位错存在，则必须计算其密度。 五、三氧化铬简介 三氧化铬，分子量100.01g/mol，红色晶体，易潮解，强氧化剂。高毒性，致癌性。 呼吸系统防护：可能接触其粉尘时，应该佩戴自吸过滤式防尘口罩。必要时，佩戴自给式呼吸器。 手防护：戴橡胶手套 急救措施：皮肤接触：脱去被污染的衣着，用肥皂水和清水彻底冲洗皮肤；眼睛接触：提起
I C S77.040 H25 中华人民共和国国家标准 G B/T34481 2017 低位错密度锗单晶片腐蚀坑密度 (E P D)的测量方法 T e s tm e t h o d f o rm e a s u r i n g e t c h p i t d e n s i t y(E P D)i n l o wd i s l o c a t i o nd e n s i t y m o n o c r y s t a l l i n e g e r m a n i u ms l i c e s 2017-10-14发布2018-07-01实施中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局
前言 本标准按照G B/T1.1 2009给出的规则起草三 本标准由全国半导体设备和材料标准化技术委员会(S A C/T C203)与全国半导体设备和材料标准化技术委员会材料分技术委员会(S A C/T C203/S C2)共同提出并归口三 本标准起草单位:云南中科鑫圆晶体材料有限公司二云南临沧鑫圆锗业股份有限公司二中科院半导体研究所三 本标准主要起草人:惠峰二普世坤二董汝昆三
低位错密度锗单晶片腐蚀坑密度 (E P D)的测量方法 1范围 本标准规定了低位错密度锗单晶片的腐蚀坑密度(E P D)的测量方法三 本标准适用于测试位错密度小于1000个/c m2二直径为75mm~150mm的圆形锗单晶片的位错腐蚀坑密度三 2规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的三凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文件三凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件三 G B/T5252锗单晶位错腐蚀坑密度测量方法 3方法提要 锗单晶片经化学腐蚀法显示位错腐蚀坑后,用显微镜可观察视场面积内的腐蚀坑数目三位错腐蚀坑密度等于穿过视场面积的腐蚀坑数目除以视场面积三锗单晶片主要有0?二(100)偏(111)6?和(100)偏(111)9?三种,其位错图像分别如图1二图2二图3所示三 图10?200?图2(100)偏(111)6?200? 图3(100)偏(111)9?200?
国家标准《低位错密度锗单晶片腐蚀坑密度（EPD）的测量方法》 （征求意见稿）编制说明 一、工作简况 1.立项目的和意义 半导体低位错密度锗单晶片是微电子和光电子的基础材料，广泛应用于太阳能电池、大功率晶体管、发光二极管、红外光学器件和探测器，使得其成为光电探测产业、卫星电池和卫星定位系统（GPS）及现代国防建设的基础材料，并能带动和促进下一代半导体材料的加速发展，成为发达国家与重大的发展中国家都非常重视的战略性基础材料产业。 国内低位错密度锗单晶主要生产厂家云南中科鑫圆晶体材料有限公司、南京中锗科技股份有限公司、天津电子46所、北京通美晶体材料有限公司等，如果太阳能电池用锗单晶片的位错密度过高或不均匀，将严重影响太阳能电池光电转换效率和寿命，国内外太阳能电池客户均要求锗单晶片位错密度小于1000个/cm2。而GB/T 5252-2006《锗单晶位错腐蚀坑密度测量方法》主要应用于直拉法生产的红外锗单晶，其主要适用的位错密度约5000个/cm2-100000个/cm2。本标准规定的方法有利于提高测量低位错密度锗单晶片腐蚀坑密度的精密度和均匀性，便于材料生产、使用厂家的测试。 2.任务来源 根据《国家标准委关于下达2014年第二批国家标准制修订计划的通知》（国标委综合[2014]89号）的要求，由云南中科鑫圆晶体材料有限公司等单位负责起草、编制《低位错密度锗单晶片腐蚀坑密度（EPD）的测量方法》，计划编号20141872-T-469，要求完成时间2015年。 3.标准主编单位简况 云南中科鑫圆晶体材料有限公司是一家专业从事高效率太阳能电池用锗单晶、砷化镓单晶等半导体晶体材料产品研发、生产、销售的高科技企业。为充分发挥中国科学院半导体所在半导体晶体材料研究开发领域的优势及云南临沧鑫圆锗业股份有限公司的资源优势和产业化生产经验优势，满足国内外太阳能、LED产业的高速发展，于2008年6月在昆明高新区共同设立“云南中科鑫圆晶体材料有限公司”（以下简称“中科鑫圆”）。 中科鑫圆公司研究掌握了VGF单晶炉设计、制造及单晶生长热场设计、单晶生长工艺和开盒即用晶片加工工艺等核心产业化生产技术。生产的锗单晶片被国内外客户广泛应用于航空航天太阳能电池和地面聚光光伏电站等高科技领域，填补了国内空白，达到国际先进水平。中科鑫圆公司先后承担了昆明市重大科技项目、云南省重点科技项目和国家科技支撑计划等多项重大科技项目，主持起草了《太阳能电池用锗单晶》、《太阳能电池用砷化
位错密度分析 一．位错密度对管线钢性能的影响 管线钢的强化方式主要包括晶界强化、固溶强化、沉淀析出强化、位错强化等，其综合强化效果可用Hall-Petch 公式的修正式表示[1]： 1/20s sh ph dh th kd σσσσσσ-=+++++ 其中：σs 为管线钢的屈服强度； σ0为原铁素体强度； σsh 为固溶强化产生的强度； σph 为由沉淀强化产生的强度； σdh 为由位错强化产生的强度； σth 为由织构强化产生的强度； d 为晶粒尺寸。 图1为管线钢强化方式示意图。从图中可以看出对于高钢级管线钢，通过增加位错密度来提高强度已经成为了管线钢强化的重要方式。 图1 管线钢的强化方式[1]
图2 高钢级管线钢TEM照片[2] 通过透射电镜对X70、X80以及X100管线钢的位错形态进行观察, 三个级别管线钢的位错形态有较大差异。 X70钢位错密度最低(见图2( a)和图2 ( b) ) ; X80钢位错密度较高, 未见亚结构的趋势(见图2( c)和图2( d) ) ; X100 钢的位错缠结在一起, 形成了较明显的胞状结构(见图2( e)和图2( f) )。TEM 照片中, 铁素体组织较明亮, 位错密度较低, 而贝氏体组织位错密度较高, 颜色更深。图2( e)显示的是一个厚度约为200 nm的贝氏体板条,其周围有较多的位错缠结。图2( f)中, 在X100级管线钢中形成了位错胞, 强烈地钉扎着晶界, 同时这种胞状结构可以看成是对晶粒的进一步细化[2]。 图3 金属强度与位错密度之间的关系 从图3中可以看出位错密度对金属强度的影响。可见，仅仅是在位错密度增加的初期， 金属的实际强度下降；位错密度继续增大，则金属晶体的强度又上升。这是因为位错密度继 续增加时，位错之间会产生相互作用：1）应力场引起的阻力，如位错塞积，当大量位错从 一个位错源中产生并且在某个强障碍（晶界、析出物等）面前停止的时候就构成了位错的塞 积；2）位错交截所产生的阻力；3）形成割阶引起的阻力（两个不平行柏氏矢量的位错在交 截过程中在一位错上产生短位错）；4）割阶运动引起的阻力。 研究表明，金属的塑性变形抗力的增加与位错密度之间有如下关系：
加工、测量与设备 Processing,Measurement and Equipment InP晶片位错密度分布测量 潘 静1,杨瑞霞2,骆新江3,李晓岚2,杨 帆2,孙聂枫1 (1.中国电子科技集团公司第十三研究所,石家庄 050051;2.河北工业大学 信息工程学院,天津 300130;3.杭州电子科技大学天线与微波技术研究所,杭州 301108) 摘要:采用国际通用的方法,测定了不同类型的用高压LEC法生长的InP单晶样品的整片位错分布,直观显示位错密度在晶片上的分布情况,分析了EPD分布结果和原因,说明单晶生长工艺和掺杂剂等因素对其产生影响。从数值看,一般掺S的材料位错密度较低,随着掺杂浓度的增加位错密度明显降低,晶片的均匀性也越好。掺Fe的材料位错密度一般,但随着掺杂量的增大位错密度升高,晶片的位错分布也不均匀。非掺杂材料的位错一般较多,但均匀性较好。通过工艺改进可以明显降低位错,为今后进一步开展晶体完整性研究、改进工艺、提高单晶质量打下了良好的基础。 关键词:磷化铟(InP);晶体;位错密度(EPD);LEC法;热应力 中图分类号:TN304.23 文献标识码:A 文章编号:1671-4776(2011)03-0199-04 Distribution Measurement of EPD on InP Single Crystal Wafers Pan Jing1,Yang Ruixia2,Luo Xinjiang3,Li Xiaolan2,Yang Fan2,Sun Niefeng1 (1.13th Research Institute,CE TC,Shi jiaz huang050051,China;2.College o f I n f ormation Engineering, Hebei University of T echnology,T ianj in300130,China;3.I nstitute o f Antenna and Microw aves Technology, Hangz hou Dianz i University,H angzhou301108,China) A bstract:U sing the g enerally internatio nal metho d,the distribution of EPD on different kinds of InP single crystal w afe rs g row n by H P-LEC technique w ere measured,and the dislocation densi-ty distribution w as clearly revealed.The causes and the results o f the EPD distributio n w ere ana-ly zed.The analysis results show that the EPD distribution is influenced by the process conditio ns and the dopants.Based on the numerical value,the EPD o f the S-doped materials is low er gene-rally.The EPD decreases obviously with the increase of the doping concentration and the unifo rmity o f the w afe rs is better.The EPD of the Fe-do ped m aterials is general,but the EPD increases w ith the increase of the doping content,and the dislocation distribution of w afe rs is no nuniform.The dislo catio n o f the undoped materials is m ore,but the uniformity is better. The dislocation is decreased obviously through im pro ving the process,w hich can provide a g ood foundation fo r the further researches and improvement of InP single cry stals. Key words:InP;cry stal;etch pit density(EPD);LEC;therm al stress D OI:10.3969/j.issn.1671-4776.2011.03.013 PACC:7280E;6170N 收稿日期:2010-11-15 基金项目:国家自然基金资助项目(61076004);浙江省公益技术研究工业项目(2010C31118) 通信作者:孙聂枫,E-mail:nfsun@soh https://www.doczj.com/doc/471299268.html,
基于位错密度的铝合金塑性损伤模型 通过分子动力学方法模拟铝合金拉伸变形行为，得到材料拉伸过程中内部位错密度的变化规律。进而结合基于位错密度的弹塑性本构，在Lemaitre提出的塑性损伤模型基础上，建立了基于位错密度的塑性损伤模型。该模型综合考虑了位错、硬化、应变等诸多因素，有效的反映了金属材料塑性损伤的微观机理。 标签：位错密度；塑性损伤；本构模型；分子动力学 Abstract：The tensile deformation behavior of aluminum alloy was simulated by molecular dynamics method，and the variation of dislocation density in the tensile process was obtained. Combining the elastic-plastic constitutive model based on dislocation density，the plastic damage model based on dislocation density is establish ed on the basis of Lemaitre’s plastic damage model. The model takes into account dislocation，hardening，strain and other factors，and effectively reflects the micro-mechanism of plastic damage of metal materials. Keywords：dislocation density；plastic damage；constitutive model；molecular dynamics 1 概述 损伤力学是一门多学科交叉的学科，它包含了、固体物理学、连续介质力学等学科的观点，旨在研究材料或结构承受外载荷作用下，其内部损伤的产生和发展并导致最终破坏过程中的力学规律。Janson和Hult于1977年首次提出“损伤力学”的说法；随后，法国学者Lemaitre和Chaboche等进一步推动了损伤力学的发展，他们以不可逆热力学为基础，综合连续介质力学，得到了多种损伤模型，损伤力学发展为一门新的学科[1]。 在工程实际中，尤其是材料加工过程中，材料往往会发生塑性变形，而伴随着塑性的发展，材料的损伤也会逐渐增加，最终将导致材料破坏。很多材料方面的研究者都对材料加工过程中的塑性损伤进行了相关探索。Tang等[2]对钣金成型中的各向異性损伤进行了研究。Liang等[3，4]在塑性损伤理论的基础上，研究了延性断裂的产生和发展。Huang等[5]运用塑性损伤理论预测了压力容器的倾斜断裂，并与实验结果进行验证，从而证实了数值预测结果的准确性。塑性损伤研究就是要探明材料塑性变形过程中损伤的产生和发展规律，建立损伤模型，用来探究材料塑性对其力学性能的影响。 本文通过分子动力学方法研究了铝合金拉伸变形行为的微观机理，并建立基于位错密度的塑性损伤模型，为材料强度、疲劳性能的多尺度分析提供理论参考。 2 铝纳米柱拉伸分子动力学模拟
Si 单晶位错密度的测定 一、 实验目的 掌握Si 单晶片的位错侵蚀方法和位错密度的计算方法 了解腐蚀Si 单晶位错原理,正确使用金相显微镜, 二、 实验原理 位错是晶体的线缺陷，它标志着晶体结构的完整程度，它对半导体材料的电学性能有很大影响，通常制造器件要求位错密度要低，或是无位错晶体，而且还要求晶体位错分布均匀，位错高低直接影响晶体做器件的质量。 测量单位体积内位错的方法有X 射线法，电子显微镜法和铜缀饰红外投射法等，但这些方法设备昂贵，工艺复杂，所以生产上很少采用。 目前生产上广泛使用的是腐蚀金相法（腐蚀坑法）。它是将样品进行化学腐蚀，然后用金相显微镜测定样品表面上出现的腐蚀坑数目。因为每一腐蚀坑代表与被测表面相交的一条位错线的露头处，所以位错密度是指单位被测表面积上相交的位错线（坑）的个数。 N D = S n （1） N D 为位错密度，单位个数/厘米2 ，n 是位错线的（坑）的个数，S 是面积。 为什么在晶体表面位错露头的地方，经化学腐蚀后会出现腐蚀坑呢？这是因为在位错线的地方，原子排列不规则，存在差应力场，使该处的原子具有较高的能量和较大的应力，当我们用某种化学腐蚀剂腐蚀晶体时，有位错处的腐蚀速度大于完整晶体的腐蚀速度，这样经过一定时间腐蚀后，就会在位错线和样品表面的相交处显示出凹的蚀坑，由于晶体具有各向异性，因此在不同的结晶面腐蚀速度不同，在不同晶面上其蚀坑形状亦不同。如图1所示，在（111）面上经腐蚀出现正三角形腐蚀坑，在（100）面上出现正四边形腐蚀坑，在（110）面上为矩形腐蚀坑。 图2.1－1位错蚀坑的形状
用金相显微镜观测位错密度是一种近似的方法，因为位错在晶体中的分布是不规则的，有些位错并不一定在被观测的面形成蚀坑，有些位错非常临近，几个临近的位错只形成一个蚀坑，所以蚀坑与位错并不是一 一对应的，它只能近似地反应出晶体中的位错密度大小。 三、实验仪器和化学药品 金相显微镜、天平、塑料烧杯、镊子、量桶、硝酸、氢氟酸，自配铬酸溶液、乙醇等。 四、实验步骤 1位错腐蚀前准备工作 在显示位错之前，应将晶体表面用金刚砂研磨，研磨后的表面应进行化学抛光，以便除去由机械研磨形成的表面破坏层对位错显示的严重影响，Si 用单晶用HF ：HNO 3＝1：3（体积比），腐蚀时间2－3mins 2腐蚀位错 称取5gC r O 3溶于10ml 水中，制成铬酸溶液，按HF ：铬酸溶液＝1：1的配比，配制成腐蚀液，HF 和铬酸各取10ml 倒入塑料烧杯中，然后将样品放入，在温室腐蚀10－30mins （10mins 可观察层错，20mins 可观察位错）腐蚀过程中要求样品不能露出水面，腐蚀完用大量水冲至中性，用乙醇脱水，烘干待用，在化学腐蚀操作时，要牢记操作要点，即要两准一快，配比要准，时间要准，脱酸要快。 3.错密度观测与计算 （1） 视场面积测定 将每格为0.0 1mm 精度的标准计量板放在显微镜的载物台上，从显微镜中测出视场面积的直径D ，然根据公式（2）计算出视场面积S S = πr 2 = 41πD 2 （2） （2）位错密度观测 将样品放在显微镜的载舞台上，观测5个视场，然后对每个视场所观测到的位错数目取其平均值。 （3） 计标位错密度 位错密度＝视场面积 视场个数各视场内位错的总数