本文關(guān)鍵詞： 時間尺度 原子模擬 金屬材料塑性 熱激活機(jī)制 位錯分解 孿晶界 輻照損傷自愈 位錯攀移　出處：《北京交通大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：晶體金屬材料的力學(xué)性能及抗輻照性能與微觀缺陷的演化及其相互作用息息相關(guān)。一方面研究人員需要獲得原子級別的信息,進(jìn)而在微觀和介觀的尺度上探討此類問題;另一方面由于熱激活機(jī)制的存在,此類問題在時間尺度上的大跨度催生了許多理論模型和技術(shù)應(yīng)用,用以彌補分子動力學(xué)因時間步長限制帶來的固有缺陷。隨著納米科技的發(fā)展,人們意識到許多在宏觀尺度并不顯著的微觀機(jī)制在材料的特征尺寸達(dá)到納米量級時會變得至關(guān)重要,尤其是在滑移系之間競爭機(jī)制復(fù)雜的密排六方晶體結(jié)構(gòu)金屬當(dāng)中尤為明顯。同時,在納米孿晶備受關(guān)注的今天,位錯與孿晶界之間的相互作用也被證明與材料的率敏感度直接相關(guān),進(jìn)一步彰顯出晶界所致的滑移系轉(zhuǎn)換的重要性。此外,在核工業(yè)中備受關(guān)注的材料抗輻照性能的提升與晶界密度很高的納米層狀結(jié)構(gòu)也密切相關(guān)。而輻照誘發(fā)的過飽和點缺陷在與位錯的相互作用中也體現(xiàn)出其對材料力學(xué)性能的影響。綜上所述,本文針對微納米尺度塑性、晶界強化的動態(tài)響應(yīng)、輻照損傷的自我愈合、以及熱激活機(jī)制參與的低應(yīng)變率/高溫塑性四個子課題,分別采用分子動力學(xué)、分子靜力學(xué),以及跨時間尺度原子模擬技術(shù)進(jìn)行了研究。研究對象涵蓋位錯、孿晶界、空位和間隙原子。涉及的材料分別有密排六方晶體結(jié)構(gòu)的鎂及鋯、體心立方晶體結(jié)構(gòu)的鐵。主要研究工作及取得的進(jìn)展如下:1.針對密排六方金屬鎂在微納米尺度下的位錯塑性進(jìn)行了模擬和探討。主要著眼于c + a錐面位錯的分解形式,并驗證微米柱壓縮下"孿晶缺失"的現(xiàn)象。此工作遵循"體系在當(dāng)前勢函數(shù)下于受限滑移面上找到最優(yōu)剪切運動路徑"的思路,發(fā)現(xiàn){1011}面上的位錯因其分解形式較之{1122}面上的更易啟動,這與相關(guān)文獻(xiàn)中的實驗觀察以及三維模擬下的結(jié)果一致;同時證實了鎂的微納米壓縮過程中的孿晶缺失現(xiàn)象。2.選擇密排六方金屬鋯作為研究對象,結(jié)合反應(yīng)中的具體缺陷構(gòu)型變化探討了螺位錯及刃位錯與常見的兩種孿晶界的相互反應(yīng)。研究表明界面與位錯反應(yīng)需要考慮兩者相對運動關(guān)系,并揭示了孿晶位錯對此類反應(yīng)的貢獻(xiàn);發(fā)現(xiàn)了螺位錯與{1011}孿晶界反應(yīng)中前人未曾注意到的、與鎂和鈦模擬結(jié)果不同的細(xì)節(jié);發(fā)現(xiàn)了刃位錯被{1011}孿晶界轉(zhuǎn)換為界面位錯鎖連帶錐面層錯的現(xiàn)象;并從四個模型的應(yīng)力應(yīng)變曲線的比較中發(fā)掘其能量積累的差異,概括出與進(jìn)一步的三維模擬及實驗觀察相關(guān)的信息。3.以體心立方金屬鐵中對稱傾斜晶界所致的間隙原子發(fā)射機(jī)制的勢壘為出發(fā)點,探討了兩種長時間尺度下的晶界誘發(fā)點缺陷湮滅機(jī)制的異同,從幾何角度分析和能量角度分析將兩種機(jī)制歸為一類。不僅提供了發(fā)射機(jī)制的詳細(xì)演化路徑及過渡態(tài)的原子構(gòu)型,同時通過對比傳統(tǒng)的空位躍遷機(jī)制探討了晶界影響范圍在納米層狀結(jié)構(gòu)中的修正,并基于界面結(jié)構(gòu)的能量及應(yīng)力分布去理解晶界如何影響材料的輻照損傷自我愈合機(jī)制。4.探討了體心立方金屬鐵中自間隙原子簇與刃位錯在低應(yīng)變率和高溫下反應(yīng)的動力學(xué)響應(yīng)。研究給出自間隙原子簇作為障礙物對位錯滑移的阻礙作用,并揭示其受到熱激活擴(kuò)散機(jī)制影響的機(jī)理;成功模擬出了低應(yīng)變率下的位錯攀移現(xiàn)象,并發(fā)現(xiàn)了高應(yīng)變率及低溫下導(dǎo)致位錯運動更加困難(臨界剪切應(yīng)力更高)的一種"弱釘扎"機(jī)制;詳細(xì)解釋了導(dǎo)致"弱釘扎"出現(xiàn)的機(jī)理,即勢壘在局部應(yīng)力環(huán)境下的變化,體現(xiàn)為其獨特的缺陷激活體積以及位錯線帶來的局部變形的影響。類似的現(xiàn)象在另一種同為體心立方晶體結(jié)構(gòu)金屬中被電鏡實驗觀察到。
[Abstract]:On the other hand , the interaction between dislocation and twin boundaries has been proved to be of great importance in the interaction of micro - nano - scale plasticity , grain boundary reinforcement , self - healing of radiation damage , and low strain rate / high temperature plasticity caused by the mechanism of thermal activation .

【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG111

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 李培俊,謝幼玉,趙元龍,殷之文;大尺寸氟化鋇晶體的輻照損傷[J];無機(jī)材料學(xué)報;1993年01期

2 毛智彪,蔡麗英,楊大宇;聚酞菁鍺氧烷的電子輻照損傷及高分辨電子顯微學(xué)研究[J];分析測試通報;1988年05期

3 杜洪兵,黃存新,張佳林,雷牧云;透明尖晶石多晶體的輻照損傷研究[J];人工晶體學(xué)報;2000年S1期

4 姜少寧;萬發(fā)榮;龍毅;賀建超;王帥;大尗`忝，

本文編號：1443752