界面材料本构关系及界面的仿生强化研究

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1、申请上海交通大学工学博士学位论文界面材料本构关系及界面的仿生强化研究论文作者学号张宇明指导教师许金泉MingDao专业答辩日期固体力学ADissertationSubmittedtoShanghaiJiaoTongUniversityfortheDegreeofDoctorofPhilosophyConstitutiveRelationofInterfaciaIMateriaIandBio--inspiredInterracialStrengtheningStrategyinBondedDissimilarMaterialsYUMING

2、ZHANGSupervisor：Prof．JINQUANXu，Dr．MINGDAODEPT．OFENGINEERINGMECHANICS，SCHOOLOFNAOCESHANGHAIJIAOTONGUNIVERSITYSHANGHAI．P．R．CHINAJanuaxy，2013上海交通大学‘学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下；独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。

3、本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：匙主蛆日期：兰!!至年—L月—整日上海交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密口，在本学位论文属于不保密酊。(请在以上方框内打“4”)学位论文作者签名：塑叁垒迅日期：兰!至年L月笪日年解密后适用本授权书。指导教师签名：

4、日期：丝』芝年L月堕日撇蚶⋯撇徽议书哟删姓张字明学号l0050i090221霎襄I固体力学蓄翥l2013一01—12l翥誊l上海交通大学徐汇教师活动中心会议室孝旨导教师许金泉论文题目界面材料本构及界面的仿生强化研究投票农决结果：』评语帛I决议：(同意票数，实到委员数／应到委员数)答辩结论：口通过口未通过该论文实验与理论相结合，研究了界面材料本构关系及界面仿生强化的问题，选题具要的理论意义和应用价值。主要创新点如下：(1)在系统实验研究钎料大温度范围下的蠕变性能基础上，发现了钎料在233K一,393K时会发生明显的蠕变变形。(2)提出了一

5、个适用于大温度范围(233K～393K)的蠕变本构关系。(3)探索了梯形、锯齿型及其分形结构的界面强化效果，提出了新的界面强化仿生方法。．论文公式推导正确，实验数据可信，结论可靠，写作规范。论文工作表明，作者具备了扎实的基础知识和专业技能，具有独立从事科学研究的能力。答辩过程中表述清楚，回答问题正确。经过答辩委员会无记名投票表决，全票(5票)致通过论文答辩，并建议授予工学博士学位。仲驽陪⋯乙日．沙I7年f月渺日牧c1辩蚕口姒2k嚣成‘●贝签名彤{务姓名职称单位签名土席仲政教授同济大学委员张俊乾教授上海大学委员霍永忠教授复旦大学委员王熙教

6、授上海交通大学委员冯淼林研究员上海交通大学唼员蚕负秘}；4风林¨0教授上海交通大学界面材料本构关系及界面的仿生强化研究摘要电子封装芯片、仿生复合材料等结合材料将不同的材料按一定规律组合在一起，在整体上得到单一材料所不具有的多功能特性。因其结合面附近材料的性质存在差异，结合材料的破坏一般始于界面层失效或界面剥离。无论是界面层失效还是界面剥离，整个结合材料将无法再满足工程应用对其功能和可靠性的要求。而解决其可靠性问题，一方面涉及到如何描述新材料中界面层的力学特性；另一方面关系到如何从复杂的材料组合中选择优化的材料层数、组合顺序以及界面连接形

7、式。因此，本文就以上问题提出以下创新点和解决途径：文章先以电子封装芯片中的界面层材¨b5Sn、Sn3A90．5Cu钎料为例，在静态拉伸中得到两种钎料在_40。C一--120。C范围内的等效弹性模量和屈服强度。参考静态拉伸测试的结果，通过系统的蠕变测试得到钎料的蠕变性能，尤其是以往常被忽略的钎料在低温区的蠕变性能。接着以热疲劳实验考察电子封装芯片中界面层的低周疲劳破坏。在热循环荷载下，疲劳裂纹从钎料层的界面端附近开始起裂，通过测量芯片的管压降并辅以微观结构观察的方法，得出基于工程应用和结构完整性的芯片裂纹萌生寿命。运用已有的数值模拟方法，

8、拟合出预测芯片疲劳寿命的Coffin-Manson经验公式。基于前面两步的工作，在传统的双曲正弦蠕变模型和幂函数蠕变模型的基础上提出新的加权形式的本构关系。该本构关系系统考虑了钎料在复杂应力、温度组合下的蠕