单晶锗裂纹扩展行为的仿真与实验研究

来源期刊：有色金属2021年第5期

论文作者：李初晨 李珊 马一鸣 毛科

关键词：单晶锗;分子动力学;纳米压痕;裂纹扩展;

摘    要：单晶锗加工时裂纹的产生严重影响表面质量,为进一步探究单晶锗裂纹扩展的影响因素,通过分子动力学仿真方法,对不同晶面的表面能进行了计算,模拟了不同晶面、同一晶面不同取向以及不同温度对单晶锗裂纹扩展行为的影响,并通过纳米压痕实验对仿真结果的准确性进行了验证。结果表明:单晶锗（110）晶面的表面能最小且更易产裂纹。裂纹在同一晶面不同取向上的扩展行为呈现出周期性镜像对称现象,裂纹尖端出现应力集中和原子错配现象,使得裂纹扩展呈现子母裂纹且路径偏移。在其他条件不变的情况下,适当降低温度更有利于提高裂纹临界扩展应力,降低扩展速率,从而达到抑制裂纹扩展,提高单晶锗加工表面质量的效果。通过纳米压痕实验,发现不同取向下,裂纹扩展的难易程度不同,随着压载的增大,分别出现了45°最长裂纹,165°最易产生裂纹,285°最难产生裂纹并且裂纹最短。