纳米力学测试系统应用案例 | 微柱压缩

微柱压缩实验是一种常规的微纳米力学测量方法，用于测量微小体积材料的单轴力学响应，例如特定晶粒、相组织、颗粒等的力学性能。这种方法通常用于量化特定组织的塑性变形机理、溶质原子或颗粒的强化机制，以及研究尺寸效应。结合SEM的原位观察，SEM原位微柱压缩实验能够直接将应力-应变数据与单个变形事件相关联。为了量化单个变形事件，测量系统的关键要求是高载荷和位移分辨率以及快速数据采集率。FT-NMT04完美满足了解析单个变形事件对系统的分辨率以及数据采集率的苛刻要求。

微柱样品通常由聚焦离子束(FIB)制备。在通过SEM或EBSD选择好特定取向或位置的微观组织后，FIB用高能离子束工去除样品周围的多余材料，然后使用低能离子束进行精细加工至形成最终所需的微柱形状。 

与宏观样品的压缩测试类似，在微柱压缩实验中，样品在初始加载阶段会呈现线性的弹性阶段。而在塑性变形阶段，应力-应变曲线上有时会出现突然的应力下降，这些锯齿状的塑性流动行为通常是位错滑移事件的特征。如下图所示，应力-应变数据中显示的应力下降与在SEM中观察剪切带形成之间存在相关性，分别对应着a)弹性加载、b)第一个滑移带的形核、c)滑移带与样品表面的交汇和d)滑移事件的增殖。 

Work conducted by: D, Gianola et al., Gianola Lab, 
Materials Department, UC Santa Barbara, USA.

X. Zhao, D.J. Strickland, P.M. Derlet, M.R. He, Y.J. Cheng, J. Pu, K. 
Hattar, and D.S. Gianola. “In situ measurements of a homogeneous 
to heterogeneous transition in the plastic response of 
ion-irradiated ≤111≥ Ni microspecimens.” Acta Materialia, 2015 

值得注意的是，本征载荷控制系统在应力-应变曲线中会显示应变的突变而不是应力的下降，从而阻碍了对这些塑性变形机制的定量研究。因此，对于微住压缩实验，系统的一个关键要求是真正的位移控制。结合超低的载荷和位移背地噪音，FT-NMT04可以对更小幅度的应力下降进行统计分析，这为定量研究位错与界面、析出相等各种晶格缺陷之间的交互作用提供了新的可能。