尽管一些文章中报道了测量超细晶和纳米晶金属材料的断裂行为很困难。只有非常少的文 章不是关于大塑性变形材料的塑性的。其中一些文章报道诸如钨和铁一类的高强度材料当小 范围屈服占主要地位并且应用线弹性断裂力学时展现出不寻常的低断裂韧性。其他情况下由 于制备过程传递了足够的材料体积，所以能够应用弹塑性断裂力学。与超细晶铁和钨相比， 在中低强度材料中应用线弹性断裂力学会导致情况复杂而且只能估算断裂韧性。

与实验方法相反，经常成功地用分析方法或分子动力学模拟来研究断裂行为。在这些文章 中，研究导致最终的韧性或脆性断裂的裂纹尖端可能发生的变形过程，这些变形过程受到裂 纹尖端强烈约束。计算材料张开的临界条件:应力强度和裂纹张开位移。需要这些模拟的定量 确认来弄清楚变形机制、断裂种类、计算关键断裂参数。

由于解决断裂韧性的必要性以及在材料科学中铜作为广泛应用的杰出的工程材料的普及型， 所以很有必要用弹塑性方法去研究超细晶铜的断裂行为。对断裂行为的准确描述不仅对工程

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有意义而且对超细晶和纳米晶材料的断裂和变形过程的理论研究也有意义。

图 1。1 屈服应力与晶粒尺寸的关系

1。2 纳米晶材料的制备

实验室常用的生产纳米晶材料和超细晶材料的加工技术。他们可以被分为以下四类：机械 合金化[4-5]、大塑性变形[6]、惰性气体冷凝[7-8]，电沉积[9]。然而前两种方法倾向于生产超细晶 材料，后两种方法有能力生产平均晶粒尺寸为 10nm 左右的材料。论文网

1。2。1  机械合金化

机械合金化法利用球磨机使高能磨球转动，令球磨机内金属粉末之间发生相互碰撞、挤压、 熔结、断裂。这四个过程不断地发生致使材料晶粒尺寸不断细化到纳米级。球磨产生的粉末 通过压制技术或热等静压技术获得所需要的纳米材料。这种方法已经成功地制备出铝合金。

[10]机械合金化法也存在一些缺点。例如在机械合金化法中，金属粉末容易受到污染从而导致

制备的材料纯度降低，从而不利于某些基础研究。

1。2。2  大塑性变形

大塑性变形法顾名思义就是利用压力使材料发生剧烈的塑性变形以使材料的平均晶粒尺寸 细化至纳米级。大塑性变形法包括：高压扭转法、等径角挤压法、累积扎合等。大塑性变形 法制造的材料纯度仅取决于初始材料的纯度，所以大塑性变形法制备的材料纯度较高。

1。2。3  惰性气体冷凝

惰性气体冷凝法的原理是所需要的金属材料在惰性气体中蒸发，蒸发出的金属粒子不断地 与气体分子发生相互碰撞，最后金属粒子在液氮冷却的底板上沉积得到所需要的纳米粉末。 得到的纳米粉末经过高压压制成块体纳米材料。惰性气体冷凝法能够生产例如铜、镍、钯的 纳米材料。此种方法生产的纳米材料的体积和产量有一定的限制。

1。2。4  电沉积

电沉积法既是在直流电作用下发生电化学反应从而得到所需材料。电沉积被用来生产片层 纳米材料（例如镍、钴、铜）和二元合金（例如镍铁、镍钨）[11-12]电沉积法生产的材料晶粒 尺寸能被控制在 20nm 到 40nm 之间，片层厚度在 100μm 左右。

1。3  纳米晶材料的断裂机理

在纳米金属和合金中，对损伤和最终失效的演变研究不足。很少有系统的实验说明这个过 程是如何进行的。以下我们总结主要的实验发现和结论。