增材金属微构筑体的制备与极端微力学行为
材料科学
2024-04-04 v2
摘要
具有三维实体框架的金属超材料的力学性能源自几何效应（“构筑结构”）与基体材料的特征尺寸效应（“微观结构”）的共同作用。本研究首次探究了铜微点阵的温度与应变率相关力学响应。该微点阵通过液相局域电沉积（LEL）工艺制备，该工艺可实现微尺度金属的高精度增材制造。金属微点阵具有独特的微观结构，其晶粒尺寸为微米级，富含随机取向的生长孪晶，并具备近理想的节点连通性。重要的是，在原位微力学测试中，铜微点阵展现出独特的温度（-150 与 25 °C）和应变率（0.001~100 s⁻¹）相关变形行为。在可比的极端加载条件下，对直径与长度等同于微点阵杆件的全致密铜微柱进行系统性压缩测试，使我们得以研究铜的本征变形机制。结合失效后微观结构分析，揭示了变形机制随温度与应变率的显著转变。一方面，在室温（25 °C）下，发生基于位错滑移的塑性变形，并导致微柱的局部化变形；另一方面，在低温（-150 °C）下，发生机械孪生，并导致微柱的相对均匀变形。基于铜的本征变形机制，可解释微点阵的温度与应变率相关变形行为。
引用
@article{arxiv.2311.14018,
title = {Fabrication and extreme micromechanics of additive metal microarchitectures},
author = {Sung-Gyu Kang and Barbara Bellon and Lalithkumar Bhaskar and Siyuan Zhang and Alexander Gotz and Janis Wirth and Benjamin Apeleo Zubiri and Szilvia Kalacska and Manish Jain and Amit Sharma and Wabe Koelmans and Giorgio Ercolano and Erdmann Spiecker and Johann Michler and Jakob Schwiedrzik and Gerhard Dehm and Rajaprakash Ramachandramoorthy},
journal= {arXiv preprint arXiv:2311.14018},
year = {2024}
}