Page 91 - 理化检验-物理分册2025年第二期

杨振国：失效分析学科的形成、发展与展望

富了学术资源，还为我国在这一领域的深入发展及 伤起源及其演变过程，从而为预防构件的意外失效
其人才培养奠定了基础。通过失效分析课程设置， 提供理论指导。这不仅有助于实现失效的可预防性，
学生能够系统地学习失效分析的基本概念、基础理 还使材料使用寿命的预测成为可能。
论、分析方法及其案例剖析，通过理论与实际相结 3.3 极端工况分析
合，提升了解决工程问题的能力，可为不同行业输送 为了提高生产效率，一些特种设备与构件是在
大量具备实践能力的专业人才。 极端条件下运行的，材料可能经历高温蠕变疲劳的
通过失效分析发展历程的简要回顾，我们可以 交互作用、强辐照高温和高压的相互作用、高速和高
清晰地看到，尽管我国在该领域起步较晚，但发展迅 载摩擦磨损的复合作用、多种腐蚀介质的复杂腐蚀
速，呈现出后来居上的态势。无论是在组织形式、发 作用等。需要对该类多因素作用下的材料进行失效
展规模，还是在研究水平、技术能力方面，我国都具 过程、损伤行为和模拟方法等多尺度的分析，查明失
有特色，成就显著，获得国外同行的赞赏，并享有较 效原因，并开展精准的预测预防，为极大尺寸设备与
高的学术地位。特别是我国举办的各种类型失效分 构件的设计、制造、选材等提供技术支撑，确保其运
析学术会议、研讨会和大奖赛，为跨学科间的学术交 行的安全性和可靠性。
流与发展提供了重要平台，促进了产、学、研的深度 3.4 微纳缺陷定位
融合与合作，有效提升了专业人员的技术能力和水 信息电子产品的基本特征是轻、薄、短、小，从
平，推动了失效分析的普及和应用。这使得更多人 而实现微电子器件的高性能化和轻量化。由于导电
员能够运用失效分析技术来解决工程的实际问题， 线宽及其焊盘尺寸变得极其微小，尺度在微纳米以
更好地服务于国家发展战略和国民经济建设。通过 下，常规无损检测技术已不再适用，故需要开发高效
创新驱动，失效分析不仅可以服务于新质生产力，而 的微纳X射线显示技术、扫描透射电子断层成像技
且可以提出预防措施，以防止同类事故重复发生，从 术、激光热效应与电光频率映射技术，以及其他光电
而为社会的稳定发展起到保驾护航的作用。 结合的智能分析技术等，实现对微电子器件中缺陷
的精确定位，并对缺陷的产生原因进行分析。
3 失效分析未来展望
3.5 仪器设备开发
3.1 仿真模拟技术 随着材料工艺与技术的进步，越来越多的非金
随着人工智能（AI）、机器学习（ML）等技术的 属材料代替金属材料应用于工程实际中，在使用过
快速发展，机器自我学习的能力不断提高，智能失效 程中，材料出现的性能劣化与老化等安全问题逐渐
分析可以应用于常规失效分析中，其在失效模式识 显现。需要对材料的化学组成、元素价态、官能团、
别、数据预处理、故障诊断与预测、性能检测与评价、 微结构、相组织、界面形态等变化过程进行精准检测
寿命预测与评估、可靠性分析与评定、失效预防方法 和识别，因而高检测精度、高分辨率、高智能化的非
等方面展现出很大的潜力，可以提高失效分析效率。 金属材料分析检测仪器亟待研制和应用。
人机结合的智能失效分析法有利于基于大数据的人 3.6 在线监测方法
工智能失效分析，但如何确保复杂因素引起的失效 防止突发性事故发生的一个重要前提是，对设
原因分析、失效机理鉴别及材料性能评价等方面的 备与构件在使用中发生损伤及其演变能够预先监测
正确性和可靠性，有待深入研究和研发。 和数据采集分析，故需要研发适用于实际工况下可
3.2 失效机理鉴别 用的、高精度的在线动态监测仪器，做到安全隐患早
随着现代科技的进步，众多新材料被广泛应用 发现、早预防、早处理，这不仅需要技术上的创新，
于各个工程领域。然而，当今人们对这些新材料在 还需要高性能在线监测仪器的综合应用。
微观层面上失效机理的认识还是比较粗浅。失效机 3.7 促进社会进步
理的识别涉及材料、力学、物理、化学、工程学等多 失效分析与社会安全息息相关。一方面，需要
学科的综合知识和研究能力，其正确判别有助于找 普及失效分析的知识和方法，提高公众的安全意识
到失效原因，提出有效的预防措施。对此，必须结合 和素养，尽可能避免类似事故的重复发生；另一方
现代分析仪器及其检测技术，对新材料在不同工况 面，需要将失效分析作为一种有效的分析工具，嵌
下的损伤行为进行深入探究。在细观、微观、纳观等 入到各级的法规、条例、规范、规程、手册和标准中。
多个尺度下，结合形态和成分分析，揭示出材料的损 失效分析的目的是防止设备与构件重复失效，保障
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