發(fā)布時(shí)間：2020-05-26 00:42

【摘要】：隨著材料研究的深入發(fā)展,高通量計(jì)算在計(jì)算材料學(xué)中的作用越來越大。通過原子尺度的計(jì)算,可以研究材料的微觀結(jié)構(gòu)以及這些微觀結(jié)構(gòu)對(duì)材料性能的影響。在輻照條件下,金屬材料中會(huì)形成大量的點(diǎn)缺陷,這些點(diǎn)缺陷經(jīng)過一段時(shí)間會(huì)形成各種形式的點(diǎn)缺陷團(tuán)簇或空洞等。材料宏觀上的力學(xué)性能發(fā)生變化,很大一部分原因就是這些團(tuán)簇或者空洞會(huì)導(dǎo)致微觀組織發(fā)生改變。金屬鋯和金屬鈦均是密排六方結(jié)構(gòu)金屬,是分子動(dòng)力學(xué)和靜力學(xué)領(lǐng)域廣泛研究的材料。鋯材是一種重要的堆芯結(jié)構(gòu)材料,是保證核反應(yīng)堆安全高效運(yùn)行的關(guān)鍵,金屬鈦在航空航天、醫(yī)藥工程領(lǐng)域應(yīng)用也是非常廣泛。實(shí)驗(yàn)表明,變形是通過在棱鏡面上形成間隙位錯(cuò)環(huán),在基面上形成空位環(huán),在位錯(cuò)和晶界上形成空位湮滅來實(shí)現(xiàn)的�？梢�,點(diǎn)缺陷團(tuán)簇對(duì)金屬的力學(xué)性能的影響是非常大的,但是在實(shí)驗(yàn)上很難觀察到點(diǎn)缺陷比如空位或者間隙團(tuán)簇的構(gòu)型特征以及它們的演化過程。本文采用分子動(dòng)力學(xué)方法,通過ART搜索系統(tǒng)的研究了金屬鋯和金屬鈦中空位和間隙團(tuán)簇的穩(wěn)定和亞穩(wěn)定構(gòu)型,計(jì)算每種構(gòu)型的形成能和結(jié)合能,并繪制曲線結(jié)合構(gòu)型總結(jié)規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn),金屬鋯中小數(shù)目空位團(tuán)簇構(gòu)型主要是平面對(duì)稱結(jié)構(gòu),隨著空位數(shù)目的增加,團(tuán)簇構(gòu)型逐漸演變成3D空間對(duì)稱結(jié)構(gòu),并且不同數(shù)目下的最穩(wěn)定團(tuán)簇構(gòu)型對(duì)具有高度的對(duì)稱性,而且中等數(shù)目團(tuán)簇構(gòu)型中都包含有小數(shù)目空位團(tuán)簇構(gòu)型。間隙團(tuán)簇構(gòu)型相反,最穩(wěn)定團(tuán)簇構(gòu)型都呈平面結(jié)構(gòu)并且具有對(duì)稱性,其中五間隙團(tuán)簇構(gòu)型的結(jié)合能最低,構(gòu)型具有高度對(duì)稱性。中等數(shù)目間隙團(tuán)簇構(gòu)型中都包含有小數(shù)目間隙團(tuán)簇構(gòu)型。鈦及鈦合金在加工生產(chǎn)及使用過程中均會(huì)形成點(diǎn)缺陷,從而影響鈦的加工使役性能。本文通過ART搜索分別研究了鈦不同尺寸的空位和間隙團(tuán)簇的穩(wěn)定構(gòu)型和亞穩(wěn)定構(gòu)型。研究發(fā)現(xiàn),金屬鈦中各數(shù)目空位團(tuán)簇最穩(wěn)定構(gòu)型結(jié)構(gòu)與金屬鋯中各數(shù)目空位團(tuán)簇構(gòu)型相同。大尺寸空位團(tuán)簇構(gòu)型中包含小數(shù)目空位團(tuán)簇構(gòu)型,中等數(shù)目的空位團(tuán)簇構(gòu)型呈空間對(duì)稱結(jié)構(gòu)。各間隙團(tuán)簇最穩(wěn)定構(gòu)型中間隙原子和空位都分布在同一平面上,并且也是對(duì)稱結(jié)構(gòu),這一點(diǎn)也與金屬鋯中情況相同,而且大尺寸的間隙團(tuán)簇構(gòu)型中也包含小尺寸間隙團(tuán)簇構(gòu)型。
【圖文】：

圖 1.3 空位和自間隙原子形式，對(duì)應(yīng)的點(diǎn)缺陷濃度越大。在級(jí)聯(lián)過程的模數(shù)量的點(diǎn)缺陷。體系溫度和初始碰撞以及初缺陷數(shù)量�？瘴辉谑覝叵乱话惚容^穩(wěn)定，較，并且隨著溫度的升高，空位和間隙原子都陷對(duì)材料性能的影響多關(guān)鍵應(yīng)用中受到了點(diǎn)缺陷的影響，其中點(diǎn)響了金屬性質(zhì)，并因?yàn)榕c位錯(cuò)強(qiáng)烈的相互作能正常工作取決于空位和間隙原子的形成及重要物理因素：首先，自間隙原子會(huì)導(dǎo)致周形成能非常高，對(duì)于許多金屬約為 4-5eV。隙團(tuán)簇的遷移能量很低，，通常為 0.1-0.2eV

第二章 計(jì)算模擬方法一、 分子動(dòng)力學(xué)方法（一） 分子動(dòng)力學(xué)簡(jiǎn)介分子動(dòng)力學(xué)（MD)方法是一種原子尺度上的計(jì)算模擬方法，其整體思想是采用牛頓運(yùn)動(dòng)方程或拉格朗日、哈密頓方程，通過考察原子或分子的運(yùn)動(dòng)以達(dá)到研究多粒子體系物理性質(zhì)的目的隨著計(jì)算科學(xué)及計(jì)算機(jī)運(yùn)算能力的迅猛發(fā)展，分子動(dòng)力學(xué)方法得到了快速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用，使其成為計(jì)算材料科學(xué)中原子尺度模擬的重要方法。
【學(xué)位授予單位】：沈陽師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TL341

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