材料研究学报

作者：王胜, 周俏亭, 占慧敏, 陈晶晶

单位：1.衢州职业技术学院机电工程学院 衢州 3240002.南昌理工学院人文教育学院 南昌 3300443.南昌理工学院计算机信息工程学院 南昌 3300444.南昌理工学院机电工程学院 南昌 330044

关键词：无机非金属材料,亚表层损伤,单晶碳化硅,接触力学性能,位错环

基金：浙江省基础公益研究计划(LGC21E050002);南昌理工学院机械表/界面摩擦磨损与防护润滑校级研究中心，江西省教育厅科学技术研究项目(GJJ2202705);南昌理工学院校级课题(NLZK-22-07);南昌理工学院校级课题(NLZK-22-01)

基于分子动力学的Vashishta势函数研究了碳化硅纳米压痕受载诱导产生的位错环演变特征、相变转化数额和接触力学性能，分析了极端使役温度对其亚表层损伤行为和接触力学性能的影响。结果表明：碳化硅材料亚表层损伤主要以位错形核、位错堆积和位错滑移方式发生塑性变形，接触时的位错环历经位错形核、位错环生成增大、位错环繁衍增殖和位错环脆断等四个阶段。较高的使役温度，使碳化硅材料的最大承载性、硬度、杨氏模量和接触刚度曲线呈类抛物线趋势下降。其主要原因是，温度越高碳化硅晶格点阵越容易摆脱原子键能的束缚而产生晶格点阵缺陷，位错的产生导致材料亚表层发生应力集中，最终使碳化硅材料接触时的力学性能大大降低。此外，亚表层应力集中也使碳化硅材料内相变结构由立方碳化硅向闪锌矿碳化硅类型转变。随着温度的升高立方碳化硅和闪锌矿碳化硅的相变结构随之增多。另外，半导体器件中的碳化硅受载时发生的相变对使役温度的依赖极为显著。温度升高引起碳化硅晶格相变和表面随机粗糙斑点的产生，是产生接触黏着的主要原因。

来源：2023年第12期

《材料研究学报》期刊编辑部

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