杜杰锋，黄佩珍

（南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室，江苏南京 210016）

表面扩散下铜内沿晶微裂纹演化的数值模拟

杜杰锋，黄佩珍

（南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室，江苏南京 210016）

基于表面扩散和蒸发－凝结的经典理论及其弱解描述，对应力诱发表面扩散下铜内沿晶微裂纹演化进行了有限元分析。结果表明：沿晶微裂纹演化分节存在临界外载和临界形态比，当外载或形态比小于临界值时，微裂纹逐渐圆柱化；当外载或形态比大于等于临界值时，微裂纹沿晶界方向扩展并分节为三个裂腔。微裂纹分节时间随外载的增大和形态比的增大都减小，即外载和形态比的增大加速微裂纹分节。而临界外载和临界形态比随着形态比或外载的增大而减小，表明形态比和外载的增大都将有助于微裂纹分节。此外，沿晶微裂纹中晶界能与表面能比值的增大会加快微裂纹的分节。

沿晶微裂纹；表面扩散；应力迁移；有限单元法；裂腔分节

1 引 言

金属中晶内、晶界孔洞的萌生、扩张、连接或者失稳会形成裂纹型缺陷，这是导致微电子器件中薄膜导线失效的关键因素之一。晶界是应力集中、裂纹萌生和扩展的重要位置，晶界的存在将对金属材料内部微裂纹演化过程产生重要影响。Hull和Rimmer［1］首次建立了一个球状晶界孔洞在拉应力作用下由晶界扩散控制的孔洞长大模型。此后的工作中主要是发展数值方法，如使用有限差分法、有限元法等对孔洞、裂纹演化过程进行数值模拟［2－5］。……