Material de oblea de carburo de silicio (SiC) suministrado por PAM-XIAMEN, como sustrato de SiC (enlace:https://www.powerwaywafer.com/sic-wafer/sic-wafer-substrate.html) es ampliamente utilizado en la industria aeroespacial, de comunicación por radar, automotriz y de semiconductores debido a sus excelentes propiedades, como alta conductividad térmica, alta resistencia, resistencia a altas temperaturas y resistencia a la radiación. Sin embargo, durante la preparación, el procesamiento y el uso de materiales monocristalinos de SiC, se generará cierta tensión residual debido a la existencia de defectos como microtubos, dislocaciones, límites de ángulo pequeño e inclusiones. Para los materiales monocristalinos de SiC, la formación de tensión residual es la superposición de tensión térmica, tensión debida a defectos y tensión de mecanizado. Por lo tanto, la tensión residual se usa a menudo como un indicador importante para medir la calidad de los componentes. Por lo general, la tensión residual inapropiada dañará la integridad del material monocristalino de SiC, lo que provocará una deformación innecesaria y el fallo de los componentes. Por lo tanto, es necesario detectar la tensión residual de los materiales monocristalinos de carburo de silicio. Le recomendamos algunos métodos para detectar la tensión residual del monocristal de SiC.
En la actualidad, los métodos de medición de la tensión residual de los materiales monocristalinos incluyen principalmente el método fotoelástico, el método de difracción de rayos X, la espectroscopia micro-Raman, el método de difracción de neutrones, etc. Entre ellos, el método fotoelástico y el método de difracción de rayos X son ampliamente utilizados en la detección de tensión de materiales monocristalinos. Más específicamente de la siguiente manera:
1. Método fotoelástico
La fotoelasticidad es un método experimental que utiliza principios ópticos para estudiar la distribución de tensiones de los materiales. Brewster descubrió por primera vez el fenómeno de la fotoelasticidad. Luego, Max-well relacionó la birrefringencia con el estrés y estableció la ley óptica del estrés, que aceleró el desarrollo de la fotoelasticidad.
El método fotoelástico para detectar tensiones residuales en materiales monocristalinos se basa en las características de birrefringencia de los materiales de cristal óptico, es decir, se producen dos índices de refracción diferentes cuando un haz de luz atraviesa un determinado material. El principio de detección de tensión de este método es el siguiente: como se muestra en la Figura 1, cuando un haz de luz pasa a través de un material fotoelástico, se descompondrá en dos haces con diferentes velocidades de propagación a lo largo de las dos direcciones de tensión principal σ 1 y σ 2 por la existencia de estrés. La luz polarizada plana de , generando así una diferencia de trayectoria óptica relativa, la tensión principal del material se puede determinar de acuerdo con la ley óptica de tensión que se muestra en la fórmula (1), y luego la luz se transmite a través del analizador para producir interferencia de luz. , y se obtiene la tensión del componente. La imagen de la franja fotoelástica de la información, de la que se puede deducir el estado tensional y la distribución en el componente:
En la fórmula:mes un número entero positivo relacionado con la serie de franjas ópticas;λes la longitud de onda de la fuente de luz;C1-C2es la constante óptica de tensión; f=λ/(C1-C2) es el valor marginal del material fotoelástico;hes el espesor del modelo.
Fig.1 Esquema de principio del método fotoelástico
El método fotoelástico tiene las ventajas de tiempo real, sin contacto, no destructivo y global, y puede detectar el estrés de estructuras espaciales complejas bidimensionales y tridimensionales. Por lo tanto, este método ha sido ampliamente estudiado y aplicado en la detección de tensión de materiales monocristalinos.
2. Difracción de rayos X
La difracción de rayos X es un método de prueba no destructivo para probar la tensión residual en la superficie de materiales monocristalinos. El método de difracción de rayos X se basa en la teoría de la mecánica elástica y la teoría de la difracción de rayos X para detectar la tensión de los materiales. El principio básico es que cuando hay tensión residual en el componente, el espacio entre los planos de cristal en el grano cambiará regularmente con la magnitud de la tensión. El valor de la deformación del material se obtiene midiendo el cambio del espaciado interplanar por difracción de rayos X, y luego el valor de la tensión residual del miembro se calcula de acuerdo con la ley de Hooke y utilizando una relación de rigidez adecuada. En la actualidad, los métodos incluyen principalmente el método de Imura, el método de Ortner y el método de regresión lineal múltiple.
3. Espectroscopía Micro Raman
La espectroscopia Micro-Raman es una tecnología emergente y prometedora de pruebas mecánicas experimentales a microescala. El uso de esta técnica para detectar tensión residual en materiales monocristalinos se basa en el principio de dispersión Raman. El principio básico es que cuando hay tensión residual en el material, el cambio de frecuencia Raman cambiará con la deformación de la red. Al detectar cambios en las líneas espectrales Raman, utilizando la relación entre la tensión y el cambio de frecuencia Raman relativa que se muestra en la fórmula (2), se puede obtener la tensión del material monocristalino.
En la fórmula (2): Ψ es el factor de cambio de tensión/frecuencia de deformación del material; Δω es el incremento de cambio de frecuencia
Con las ventajas de no contacto, no destructivo, en tiempo real, alta sensibilidad y alta resolución espacial, la espectroscopia micro-Raman se ha utilizado ampliamente en mecánica experimental a microescala, especialmente en el campo de la medición mecánica de materiales semiconductores.
4. Difracción de neutrones
El método de difracción de neutrones es un método de detección y análisis que puede obtener directamente la distribución de tensión tridimensional dentro del componente sin dañar el componente. Se basa en la ley de Bragg para realizar la determinación de la tensión residual de los materiales monocristalinos. El principio básico del método es el siguiente: la distancia entre las redes en la celda unitaria se mide con el difractómetro de neutrones, la deformación elástica se resuelve cambiando la distancia y luego se obtiene la distribución de tensiones del componente de acuerdo con la relación entre la deformación y el esfuerzo. El método de difracción de neutrones tiene las ventajas de una gran profundidad de penetración y una alta resolución espacial.
Fig. 2 Diagrama esquemático de la medición de la tensión residual por el método de difracción de neutrones
Aquí hay una comparación de diferentes métodos de detección de tensión residual para su referencia como figura 3:
Fig. 3 Comparación de métodos de detección de tensión
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