【摘要】：材料的界面在材料設(shè)計(jì)和性能控制中具有重要的作用,界面微觀組織決定著材料的局部或整體性能。目前,擴(kuò)散偶實(shí)驗(yàn)仍然是研究?jī)煞N合金界面成分和結(jié)構(gòu)的一種非常有效的手段。近年來,擴(kuò)散偶界面附近形成的周期性層片組織在金屬、半導(dǎo)體和陶瓷等材料中被廣泛報(bào)道,鑒于這種界面組織對(duì)材料的性能有很大的影響,因此開展擴(kuò)散偶界面周期性層片組織的演化規(guī)律研究對(duì)優(yōu)化材料的界面組織和性能具有重要意義。本論文以合金擴(kuò)散偶為研究對(duì)象,采用相場(chǎng)方法分別對(duì)二元和三元調(diào)幅分解型合金,以及三元多相合金擴(kuò)散偶的界面周期性層片組織演化進(jìn)行了模擬,研究了初始成分、彈性各向異性、原子遷移率、界面初始濃度差等因素對(duì)擴(kuò)散偶界面周期性層片組織的影響。主要結(jié)論如下:(1)采用相場(chǎng)方法,模擬了溫度引起的初始濃度起伏和不同彈性各向異性條件下,二元調(diào)幅分解型合金擴(kuò)散偶界面微觀組織的演化情況,考察了初始濃度起伏、彈性各向異性等因素對(duì)擴(kuò)散偶界面周期性層片組織的影響。結(jié)果表明:溫度所引起的初始濃度起伏對(duì)二元調(diào)幅分解型合金擴(kuò)散偶界面周期性層片組織具有重要影響,低溫下相對(duì)較小的濃度起伏會(huì)導(dǎo)致界面演化出多個(gè)周期的層片組織;合金的彈性各向異性較大時(shí),界面附近的周期性層片組織的層數(shù)和遠(yuǎn)離界面的內(nèi)部組織的分布會(huì)受到彈性應(yīng)變場(chǎng)的影響;當(dāng)彈性各向異性導(dǎo)致的優(yōu)勢(shì)生長(zhǎng)方向與擴(kuò)散偶界面平行時(shí),有利于界面形成更多的周期性層片組織。此外,當(dāng)兩種分解相的體積分?jǐn)?shù)差異較大時(shí),不利于周期性層片組織的形成。(2)采用相場(chǎng)方法,通過對(duì)三元調(diào)幅分解型合金擴(kuò)散偶界面周期性層片組織演化的模擬,研究了溫度引起的初始濃度起伏、界面初始濃度差和組元原子遷移率的大小對(duì)擴(kuò)散偶界面周期性層片組織的影響。研究結(jié)果表明:三元調(diào)幅分解型合金擴(kuò)散偶界面的周期性層片組織的片層數(shù)量隨著初始濃度起伏值的減小而增加;界面初始濃度差和組元原子遷移率的大小對(duì)擴(kuò)散偶界面周期性層片組織的層數(shù)影響較小,但對(duì)層片組織的形成時(shí)間和粗化過程影響較大;原子遷移率越大,周期性層片組織的形成和消失越快。(3)采用多相場(chǎng)模型對(duì)三元多相合金擴(kuò)散偶界面周期性層片組織的演化過程進(jìn)行了模擬。分析了三元多相合金體系二元化合物相和三元中間化合物相在界面處的析出順序,研究了各化合物相形核位置對(duì)界面組織的影響。研究結(jié)果表明:原始擴(kuò)散偶界面處中間化合物相的析出順序與溶質(zhì)元素在其中的擴(kuò)散速率有關(guān),擴(kuò)散速率越大,新析出相的界面遷移速率也越大;溶質(zhì)元素?cái)U(kuò)散速率差異導(dǎo)致中間化合物無論在界面相相區(qū)內(nèi)形核還是在界面處形核都可以形成周期性層片組織;擴(kuò)散偶界面相區(qū)內(nèi)形核長(zhǎng)大所形成周期性層片組織的機(jī)理與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致,該組織的形成是由于擴(kuò)散反應(yīng)以及元素?cái)U(kuò)散速率的差異造成的。
【圖文】：

Ｌ邋Ｈ￣Ｈ￣￣￣｜邋一逡逑＜邐＞逡逑圖１．２擴(kuò)散誘導(dǎo)應(yīng)力模型對(duì)ＳｉＣＶＭｇ擴(kuò)散偶中周期性層片組織的形成機(jī)理的解釋逡逑Ｆｉｇ．邋１．２邋Ｔｈｅ邋ｅｘｐｌａｎａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｆｏｒｍａｔｉｏｎ邋ｍｅｃｈａｎｉｓｍ邋ｏｆ邋ｐｅｒｉｏｄｉｃ邋ｌａｙｅｒｅｄ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｉｎ逡逑Ｓｉ0２／Ｍｇ邋ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ邋ｃｏｕｐｌｅ邋ｂｙ邋ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ－ｉｎｄｕｃｅｄ邋ｓｔｒｅｓｓ邋ｍｏｄｅｌ逡逑Ｎｉ邋ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ邐ｙ邋ｐａｒｔｉｃｌｅｓ邋ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｅ邐ｙ邋ｂａｎｄ邋ｐｈａｓｅ邐Ｎｅｗ邋ｒ／Ｔ邋ｐａｉｉ逡逑Ｔ邐Ｔ邐Ｔ，邐Ｔ２邋Ｔｉ逡逑Ｕ邐Ｖ邐Ｗ邐Ｖ邋Ｖ逡逑［ｆ邋￣￣ｉｆ［Ｙｉ■—逡逑Ｉ逡逑Ｎｉ—？Ｊ邐Ｎｉ—＞邐＿邐ｆ＼｜ｉ—？逡逑ＮｂＳｉ邋＞邐ＮｂＳｉ邐＿邐ＮｉａＳｉ逡逑Ｚｎ邐■—Ｚｎ邐？．．．疆．．．－Ｚｎ邐－－Ｚｎ逡逑ｉ邐Ｉ逡逑Ｙ邐Ｙ邐Ｙｉ邐Ｙａ邋Ｖ邋ｌ逡逑圖１．３擴(kuò)散通道模型對(duì)Ｎｉ３Ｓｉ／Ｚｄｆ散偶中周期性層片組織的形成機(jī)理的解釋逡逑Ｆｉｇ．邋１．３邋Ｔｈｅ邋ｅｘｐｌａｎａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｆｏｒｍａｔｉｏｎ邋ｍｅｃｈａｎｉｓｍ邋ｏｆ邋ｐｅｒｉｏｄｉｃ邋ｌａｙｅｒｅｄ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｉｎ逡逑Ｎ＾Ｓｉ／Ｚｎ邋ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ邋ｃｏｕｐｌｅ邋ｂｙ邋ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ邋ｃｈａｎｎｅｌ邋ｍｏｄｅｌ逡逑蘇旭平教授課題組從２００７年起就做了大量的工作來研宄周期性層片組織的逡逑形成機(jī)理并完善可以形成該組織的擴(kuò)散偶體系，得到Ｔ關(guān)于周期性層片組織形成逡逑機(jī)理的解釋［２２＿２４］。蘇旭平教授課題組主要研究的擴(kuò)散偶體系有Ｎｉ３Ｓｉ／Ｚｎ

逡逑法對(duì)成分進(jìn)行離散的過程示意圖如圖２．１所示：網(wǎng)格為正方形，大小相同，空間逡逑步長(zhǎng)Ａｘ＝Ａｙ＝ｌ，時(shí)間步長(zhǎng)為ｔ，本文采用四點(diǎn)中心差分格式。Ｃａｈｎ－Ｈｉｌｌｉａｒｄ控制逡逑方程中微分形式轉(zhuǎn)換成差分形式后表述如下：逡逑＝ｃｍｊ邋￣ｃ＞－ｕ邐（２．２８）逡逑＂邋２Ａｘ邐ｖ邋）逡逑＾邋￣邋２Ａｙ邐（２．２９）逡逑（２．３０）逡逑（２．３１）逡逑懫用四點(diǎn)公式法對(duì)Ｃａｈｎ－Ｈｉｌｌｉａｒｄ模型中出現(xiàn)的Ｌａｐｌａｃｅ算子進(jìn)行差分，則有逡逑%劍玻茫澹藉澹悖恚赍澹悖�，，ｙ邋＋ｃｕ＋ｉ邋＋ｃ／．ｙ－ｉ邋￣＾ｃｉｊ逦（２邋３２）辶x希玻保矗脖囈縑跫娜范ㄥ義媳疚鬧興褂玫謀囈縑跫岷狹酥芷諦員囈縑跫土閫勘囈縑跫Ｕ廡┍咤義轄縑跫縵率剿荊哄義現(xiàn)芷諦員囈縑跫哄義希洌悖ǎ潁╁澹洌悖ǎ潁╁義希劍掊危ǎ玻常常╁義希洌澹板澹洌澹五義希洌悖ǎ潁╁澹洌悖ǎ潁╁義稀椋蟈危ǎ玻常矗╁義狹閫勘囈縑跫哄義希擔(dān)悖ǎ潁╁澹咤澹洌悖ǎ潁╁澹咤澹洌悖ǎ潁╁澹咤澹洌悖ǎ潁╁澹

本文編號(hào)：2667195