Versagensverhalten von einkristallinem Silizium an scharfen Kerben:
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| Veröffentlicht: |
Düsseldorf
VDI-Verl.
1995
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| adam_text | Titel: Versagensverhalten von einkristallinem Silizium an scharfen Kerben
Autor: Heinzelmann, Michael
Jahr: 1995
INHALTSVERZEICHNIS Verzeichnis der wichtigsten Abkürzungen und Symbole 1. Einleitung 1 2. Grundlagen 3 2.1. Einkristallines Silizium als Werkstoff 3 2.1.1. Struktur und Anisotropie des Materials 3 2.1.2. Strukturierung von einkristallinem Silizium durch 5 anisotropes Ätzen 2.2. Elastizitätstheoretische Grundlagen 8 2.2.1 Elastisches Verhalten anisotroper Werkstoffe 8 2.2.2. Das Spannungsfeld vor Kerben in isotropen 12 Werkstoffen 2.2.3. Das Spannungsfeld vor Kerben in anisotropen 16 Werkstoffen 3. Aufstellen eines Versagenskriteriums und Vorgehen bei der 23 Ermittlung des Versagenskennwertes für jeweils festen Kerbwinkel 3.1 . Aufstellung eines Versagenskriteriums 23 3.2. Vorgehen bei der Ermittlung des Versagenskennwertes 24 3.2.1. Versuchsproben 24 3.2.2. Versuchsdurchführung 27 3.2.3. Rechnerische Vorgehensweise 28 4. Numerische Ergebnisse 31 4.1. Grundlegender Zusammenhang zwischen der Kerbtiefe a und 31 dem Kerbspannungsintensitätsfaktor Ai in Biegeproben 4.2. Rechnerische Ergebnisse für die konkreten Kerbgeometrien 36 4.2.1. 71° Kerbe 38 4.2.2. 90°(ioo) Kerbe 39 4.2.3. 90°{1 11 } Kerbe 41 4.2.4. 109° Kerbe 42 4.2.5. 125° Kerbe 43 4.2.6. 135° Kerbe 45 4.2.7. 145° Kerbe 47 5. Experimentelle Ergebnisse 49 5.1. Grundlagen 49 5.1.1. Grundlagen zur Interpretation von Bruchflächen 49 spröder Werkstoffe 5.1.2. Struktur anisotrop geätzter Kristallflächen in Silizium 52 5.2. Versuchsergebnisse 55 5.2.1. 71° Kerbe 55 5.2.2. 90°(ioo} Kerbe 59 V
5.2.3. 90°{1 11 } Kerbe 66 5.2.4. 109° Kerbe 68 5.2.5. 125° Kerbe 70 5.2.6. 135° Kerbe 72 5.2.7 145° Kerbe 75 6. Interpretation der Ergebnisse 77 6.1. Einige Grundlagen 78 6.1.1. Welche Kerböffnungen eignen sich für eine 78 vergleichende Interpretation? 6.1.2. Ermittlung der zur Instabilität führenden 78 Spannungskomponente 6.1.3. Atomarer Kraft-Abstands-Verlauf und theroetische 80 Festigkeit von Werkstoffen 6.2. d* Kriterium 84 6.2.1. Einfluß der Anisotropie und Vergleich mit den 86 experimentellen Ergebnissen 6.3. Kriterium atomare Kerbausrundung 89 6.3.1. Orowans Rechnung für einen Riß 89 6.3.2. Anwendung auf Kerben 91 6.3.3. Einfluß der Anisotropie und Vergleich mit den 96 experimentellen Ergebnissen 6.4. Ein Kohäsivzonenmodell 97 6.4.1. Einfluß der Anisotropie 102 7. Untersuchungen zum Bruchverhalten unter überlagerter Zug- 104 und Scherbeanspruchung 7.1. Der asymmetrische 4-Punkt-Biegeversuch 104 7.2. Experimentelle Ergebnisse an 71 ° Kerben 108 7.3. Interpretation der Versuchsergebnisse 111 8. Dimensionierung mikromechanischer Bauteile mit dem A-ic 116 Konzept 8.1. Dimensionierung eines Beschleunigungssensors 116 8.2. Zur Anwendbarkeit des A 1C Konzeptes bei isotroper 118 Überätzung 8.3. Zur Anwendbarkeit des A 1C Konzeptes bei räumlichen Ecken 119 8.3.1. Die Submodelltechnik 120 8.3.1. Zwei Beispiele 121 9. Zusammenfassung 124 Anhang 128 Literaturverzeichnis 129 VI
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