基于纳米压痕试验的烧结纳米银力学性能研究

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电子工业的飞速发展,促使着各种新型材料的产生,其中烧结纳米银作为一种新型的电子封装材料,相较于传统焊点材料具有高导热性、导电性、优良延展性、润湿性和粘塑性等,因此可以替代传统焊料逐渐发挥作用。但由于烧结纳米银出现及应用的时间不长,其力学性能研究并不充分。同时随着电子封装行业的不断发展,焊点材料服役时的有效尺寸朝着精细化方向发展,而测量此类材料力学性能需要用到纳米压痕测试技术,但对试验得到的载荷-位移曲线反演分析时存在非唯一性问题,相关分析方法仍有待进一步完善。基于上述问题本文进行了如下研究:(1)利用纳米压痕测试技术对烧结纳米银进行了压痕试验,得到了材料的弹性模量、硬度以及载荷-位移曲线。根据量纲分析法的基本原理以及有限元模拟构造了一组无量纲函数,以此为基础,利用特征应力、特征应变点的基本定义,提出一种有效表征压痕材料弹塑性力学参数的反演分析法。利用所提出的方法以及试验得到的载荷-位移曲线,求解了烧结纳米银的应变硬化指数n和屈服应力σy,进而确定了其弹塑性本构关系。将确定的弹塑性本构关系输入到ANSYS有限元软件中进行压痕有限元数值模拟,对比模拟与试验条件下的载荷-位移曲线,发现两者吻合情况良好,验证该方法的准确性及有效性。(2)基于纳米压痕法研究了烧结纳米银的蠕变性能。通过压痕蠕变试验得到了烧结纳米银室温条件下的载荷-位移曲线以及蠕变位移-时间曲线。根据试验数据求解了材料蠕变应力指数n,以此为基础,利用有限元模拟得到了幂率蠕变方程(?)=Cσn中的常数项系数C。将所确定的幂率蠕变方程进行有限元模拟,得到模拟条件下的蠕变位移-时间曲线,与试验条件下得到的蠕变位移-时间曲线进行对比,两者吻合性良好,表明幂率蠕变方程可以很好的描述烧结纳米银的蠕变变形。
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