Effect of prolonged holding under contact loading on the peculiarities of phase changes in silicon

It was shown that prolonged holding under the peak load during indentation of Si (100) led to the creep of material even at room temperature that became possible due to the phase transition into more plastic metallic b-Sn phase. The end structural phases in the indentation zone, studied by micro-Raman spectroscopy were found to be affected by the longer holding under the load and demonstrated more intensive peaks for amorphous phase (a-Si) in the depth of the indentation comparatively with those for short holding indentations. It was suggested that this effect was caused by the activation of the dislocation mechanism of a-Si formation, as a result of longer shear stresses action under prolonged holding. This fact induced some changes in the kinetics of the unloading events, which demonstrated the tendency to the “kink pop-out” formation instead of typical “pop-out” and “elbow”.Досліджено вплив тривалої витримки під час індентування на особливості фазових перетворень і деформації кремнію Si (100). Показано, що тривала витримка за максимального навантаження призводить до повзучості матеріалу навіть за кімнатної температури завдяки фазовому перетворенню на пластичнішу металеву b-Sn фазу. Кінцеві структурні фази в зоні відбитка, виявлені за допомогою мікро-Рамановської спектроскопії, вказують на інтенсифікацію утворення аморфної фази (a-Si) зі зростанням часу витримки. Передбачається, що причина цієї додаткової аморфізації може мати дислокаційну природу, як результат зростання щільності дислокацій під час повзучості і перебудови дислокаційної структури під час розвантаження. Цей факт вносить деякі зміни до кінетики розвантажувальних явищ, які демонструють тенденцію до утворення “kink popout” замість типових “pop-out” і “elbow”.Исследованно влияние длительной выдержки при индентировании на особенности фазовых превращений и деформирования кремния Si (100). Показано, что длительная выдержка при максимальной нагрузке ведет к ползучести материала даже при комнатной температуре благодаря фазовому превращению в более пластическую металлическую b-Sn фазу. Конечные структурные фазы в зоне отпечатка, выявленные посредством микро-Рамановской спектроскопии, указывают на интенсификацию образования аморфной фазы (a-Si) с ростом времени выдержки. Предполагается, что причина этой дополнительной аморфизации может иметь дислокационную природу, как результат роста плотности дислокаций во время ползучести и перестройки дислокационной структуры во время разгрузки. Этот факт вносит некоторые изменения в кинетику разгрузочных явлений, которые демонстрируют тенденцию к образованию “kink pop-out” вместо типичных “pop-out” и “elbow”

Loading Rate Effect on Nanohardness of Soda-Lime-Silica Glass

To understand how hardness, the key design parameter for applications of brittle solids such as glass concerning contact deformation, is affected by loading rate variation, nanoindentation with a Berkovich tip was used to measure the nanohardness of a 330-mu m-thick soda-lime-silica glass as a function of loading rate (1 to 1000 mN center dot s(-1)). The results showed for the very first time that, with variations in the loading rate, there was a 6 to 9 pct increase in the nanohardness of glass up to a threshold loading rate (TLR), whereafter it did not appreciably increase with further increase in loading rate. Further, the nanohardness data showed an indentation size effect (ISE) that obeyed the Meyer's law. These observations were explained in terms of a strong shear stress component developed just beneath the nanoindenter and the related shear-induced deformation processes at local microstructural scale weak links. The significant or insignificant presence of shear-induced serrations in load depth plots and corresponding scanning electron microscopic evidence of a strong or mild presence of shear deformation bands in and around the nanoindentation cavity supported such a rationalization. Finally, a qualitative picture was developed for different deformation processes induced at various loading rates in glass