基于单晶硅各向异性特征的纳米压痕过程有限元仿真研究

摘要：

本文采用各向异性弹塑性材料本构关系，利用非线性有限元软件MSC.Marc建立了单晶硅纳米压痕过程的三维模型，分别用玻氏、维氏、圆锥形和球形压头对单晶硅（100）晶面进行了纳米压痕过程的仿真分析，研究了单晶硅对于不同形状的压头、不同压头半锥角、不同最大加载力的加、卸载响应特性。仿真结果表明，压入相同深度时，圆锥形压头所需载荷最小，材料对圆锥形和球形压入产生的应力应变分布呈现出各向异性，体现了单晶硅在不同晶向上的材料性能存在差异。当最大加载力为25mN时，仿真得出维氏压头在单晶硅（100）晶面产生的压痕深度约为300nm，与相应实验结果基本相符。

关键词：单晶硅、纳米压痕、有限元仿真、加、卸载响应特性、微观力学性能

分类号：O411.3(理论物理学)

资助基金：国家自然科学基金50905073；科技部国际合作与交流专项2010DFA72000；高等学校博士学科点专项科研基金新20081831024；科技部科技人员服务企业行动项目2009GJB10029；吉林省科技发展计划项目20090101；吉林大学自然科学种子基金资助项目498042320414

在线出版日期：2014-09-16（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共5页

页码：99-103