非均匀性对SAC305焊点中空洞和裂纹形成（这些过程受空位扩散控制）的影响

《Next Materials》：On the impact of inhomogeneities on vacancy diffusion controlled void and crack formation in SAC305 solder joints

高温金属中裂纹形成与扩展的热力学机理研究。基于非平衡热力学原理建立多尺度热力学模型，通过广义拉格朗日方程耦合机械载荷与空位扩散过程，导出控制裂纹演化的偏微分方程并简化为常微分方程。重点分析应变能密度梯度、位错密度及空位生成动力学对疲劳损伤的影响规律，将数值模拟结果与威布尔分布实验数据对比，初步验证模型的有效性，但需进一步实验验证。

　　

沃尔夫冈·弗拉赫贝格尔（Wolfgang Flachberger）|吉里·斯沃博达（Jiri Svoboda）|彼得·卢茨（Peter Lutz）|夏洛特·崔（Charlotte Cui）|托马斯·安特雷特（Thomas Antretter）|曼努埃尔·彼得斯曼（Manuel Petersmann）|斯瓦鲁普·加迪克雷-纳加拉贾（Swaroop Gaddikere-Nagaraja）|丹尼尔·基纳（Daniel Kiener）|罗兰·布鲁纳（Roland Brunner）

摘要

在高温条件下，金属中的裂纹形成和扩展与热力学过程（如空位生成、扩散和凝聚）密切相关。本研究基于非平衡热力学原理，构建了一个综合的热力学框架，用于在介观尺度上对这些现象进行建模。通过推广的拉格朗日公式，描述了机械载荷与空位扩散之间的耦合关系，并由此推导出控制二者相互作用的偏微分方程（PDEs）。在特定条件下，这些PDEs可以简化为常微分方程（ODEs），从而便于分析晶界等不均匀区域中的损伤起始和演变过程。研究结果强调了应变能密度梯度、位错密度以及空位生成动态在疲劳演变中的作用。作为验证模型的第一步，我们将模型预测的损伤演变结果与基于韦伯分布（Weibull distribution）的实验数据进行了对比。利用文献中已知的参数值，并对未知的位错密度进行了参数研究，初步结果令人满意。然而，仍需进一步的实验验证来确认该模型及其所揭示的物理机制。