基于超高速同步辐射 X 射线衍射成像的脆性断裂研究
材料科学
2022-04-13 v1 加速器物理
仪器与探测器
摘要
自最早的人造打制工具以来，对脆性材料中断裂扩展的控制一直是技术发展的一个方向。如今，从损伤缓解（例如玻璃屏幕或挡风玻璃中的冲击）到利用断裂实现长距离洁净切割的工业过程，广泛应用都依赖于裂纹扩展控制。然而，实时研究断裂是一项挑战性任务，因为裂纹在通常不透明的材料中可扩展至每秒数公里。在此，我们报道了利用强且时间结构化的同步辐射 X 射线衍射兆赫成像，对沿硅单晶 (001) 面以高达 2.5 km/s 传播的裂纹进行的原位研究。所研究的系统基于 Smart Cut 工艺，其中材料（通常为 Si）中的埋层因微裂纹而弱化，随后用于驱动平行于表面、偏差极小（1 nm）的宏观裂纹（0.1 m）。我们在此报告的结果首次直接确认裂纹前缘形状不受微裂纹分布影响，这在此前基于断裂后结果的研究中一直是一种假设。我们进一步在厘米级视场上测量了瞬时裂纹速度，此前仅能从稀疏点测量推断，并证实了 X 射线束局部加热的效应。最后，我们还观察了分离晶圆部分的断裂后运动，可用气体力学与弹性解释。因此，本研究提供了晶体材料中受控断裂扩展的全面视图，为超快应变场传播的原位测量铺平了道路。
引用
@article{arxiv.2204.05683,
title = {Brittle fracture studied by ultra-high speed synchrotron X-ray diffraction imaging},
author = {Antoine Petit and Sylvia Pokam and Frederic Mazen and Samuel Tardif and Didier Landru and Oleg Kononchuk and Nadia Ben Mohamed and Margie P. Olbinado and Alexander Rack and Francois Rieutord},
journal= {arXiv preprint arXiv:2204.05683},
year = {2022}
}
备注
4 figures