難得一見的視頻:掃描電鏡下看金屬拉伸斷裂過程

法律顧問：趙建英律師

先看一個頭髮的拉伸斷裂視頻：

是不是第一次見？微觀的世界足夠震撼的。

拉伸試驗是一種常用的分析方法，可以提供有關物體彈性的信息，以及物體受到壓力或拉力時產生的阻力。這種測試可以對多種材料進行分析，分析材料受力時變化行為。拉伸試驗的主要目的是評估相關參數（比如楊氏彈性模量）或研究剪切應力如何影響材料性能。拉伸試驗可以幫助研究人員創建模型並研發更好的材料。但怎麼能看到拉伸試驗的過程呢？

Phenom XL 拉伸臺 - 金屬拉伸斷裂試驗

金屬斷口

金屬斷口通常是一個凹凸不平的粗糙面，而且是塊狀樣品，取樣容易，在掃描電鏡的樣品倉中可進行傾斜旋轉多角度觀察，因此掃描電鏡非常適合斷口分析。

下面，對於典型的金屬斷口形貌作一些簡單的介紹：

對於不同斷裂機制形成的斷口，其微觀結構各有獨特的形貌特徵，一般將其分為兩大類：

一類伴隨著明顯塑性變形的延性斷口

另一類是幾乎不伴隨塑性變形而斷裂的脆性斷口

金屬多晶材料的斷裂，通過空洞核的形成、長大和相互連接的過程進行，這種斷裂稱為韌窩斷裂(dimple fracture)。韌窩斷裂是屬於一種高能吸收過程的斷裂，是延性斷裂中的一種。

如圖 1 所示，其斷口特徵為：宏觀形貌呈纖維狀，微觀形態呈蜂窩狀。斷裂面是由一些細小的窩坑構成，窩坑實際上是長大了的空洞核，通常稱為韌窩，它是韌窩斷裂的最基本形貌特徵和識別韌窩斷裂機制的最基本依據。

韌窩的尺寸和深度與材料的延展性有關，而韌窩的形狀也同受到的破壞應力有關。因此，對於斷口面上吻合部位的韌窩幾何形狀、尺寸和深度進行分析，就可以確定斷裂時所在部位的應力狀態和裂紋擴展的方向，並可對材料的延展性進行評價。

圖 1 金屬韌窩狀斷裂

沿晶脆性斷裂是指斷裂路徑沿著不同位向的晶界（晶粒間界）所發生的一種屬於低能吸收過程的斷裂。根據斷裂能量消耗最小原理，裂紋的擴展路徑總是沿著原子鍵合力最薄弱的表面進行。

晶界強度不一定最低，但如果金屬存在著某些冶金因素使晶界弱化（例如雜質原子 P、S、Si、Sn 等在晶界上偏聚或脫溶，或脆性相在晶界析出等），則金屬將會發生沿晶脆性斷裂。

沿晶脆性斷裂的斷口特徵是：在宏觀斷口表面上有許多亮面，每個亮面都是一個晶粒的界面。如果進行高倍觀察，就會清晰地看到每個晶粒的多面體形貌（如圖 2 所示），類似於冰糖塊的堆集，故有冰糖狀斷口之稱。

圖 2 金屬材料脆性斷裂

除了金屬，咱們再看一個有意思的拉伸鍛鍊視頻，這些視頻估計大家都是第一次見，微觀中的斷裂：

這是皮革的原位拉伸實驗視頻

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資料源：飛納電鏡

評論處大家可以補充文章解釋不對或欠缺的部分，這樣下一個看到的人會學到更多，你知道的正是大家需要的。。。