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![arXiv:2204.05683v1 [cond-mat.mtrl-sci] 2022 年 4 月 12 日](/simg/g:\will\search\icon\source\8\8e077eb3d9ba3aa5baa9801d9e8aefa731cfdc4d.webp)
arXiv:2204.05683v1 [cond-mat.mtrl-sci] 2022 年 4 月 12 日
自从人类制造出第一批敲打工具以来，脆性材料中裂纹扩展的控制就一直是技术发展的一个方向。如今，各种各样的应用都依赖于裂纹扩展控制，从减轻损坏（例如玻璃屏幕或挡风玻璃受到撞击）到利用裂纹实现大距离整齐切割的工业过程。然而，实时研究裂纹是一项具有挑战性的任务，因为裂纹在通常不透明的材料中可以扩展至几公里/秒。在这里，我们报告了对沿硅单晶 (001) 平面以高达 2.5 公里/秒的速度扩展的裂纹的现场研究，使用 X 射线衍射兆赫成像和强时间结构同步辐射。所研究的系统基于 Smart Cut ™ 工艺，其中材料（通常是 Si）中的埋层被微裂纹削弱，然后用于在平行于表面的平面上以最小偏差（10 - 9 米）驱动宏观裂纹（10 - 1 米）。我们在此报告的结果首次直接证实了裂纹前沿的形状不受微裂纹分布的影响，这曾是以前基于断裂后结果的研究的假设。我们进一步测量了厘米宽视野内的瞬时裂纹速度，这以前只能从稀疏点测量中推断出来，并证明了 X 射线束局部加热的影响。最后，我们还观察了分离晶圆部件的裂纹后运动，这可以用气动和弹性来解释。因此，这项研究提供了对晶体材料中受控断裂扩展的全面了解，为超快速应变场扩展的原位测量铺平了道路。