【摘要】：熱核反應過程中會產(chǎn)生大量的惰性氣體元素氦,氦具有的固體難溶解性會導致氦原子在金屬中擴散聚集形成氦團簇,并不斷長大成為納米尺寸的氦泡。氦泡與缺陷的相互作用會嚴重影響材料的力學性能,造成材料膨脹、脆化、硬化,縮短材料使用壽命,威脅熱核反應堆的安全,制約核科學技術(shù)的發(fā)展。因此探究和理解氦泡在半共格界面位錯網(wǎng)絡(luò)上的形成和演化過程對設(shè)計耐輻照材料具有重要意義。實驗上發(fā)現(xiàn)空位、孔洞、晶界、位錯網(wǎng)絡(luò)等缺陷有利于氦泡形核,且氦原子傾向于擴散聚集在位錯網(wǎng)絡(luò)上形成周期性的氦泡陣列。目前已有大量分子動力學、蒙特卡洛模擬等方法研究了氦泡形成的微觀過程,原子模擬能夠獲得缺陷的基本物理參數(shù),但限于時間和空間尺度無法直接描述缺陷間長時間的行為;而連續(xù)統(tǒng)模型則簡化處理了缺陷間的短程原子作用,如位錯核心結(jié)構(gòu)等。相場方法既能夠利用微彈性理論處理連續(xù)尺度上的長程彈性作用,也能夠以原子模擬結(jié)果作為輸入處理缺陷短程原子作用�；诖�,本文借助相場微彈性理論和派納模型來研究氦泡等缺陷之間的相互作用機理。首先建立了界面位錯的相場模型,系統(tǒng)研究了晶格失配和扭轉(zhuǎn)失配作用下不同取向半共格界面位錯網(wǎng)絡(luò)的形成機制;然后拓展位錯模型考慮氦偏析,模擬了氦原子在半共格界面位錯網(wǎng)絡(luò)上偏析與位錯網(wǎng)絡(luò)耦合演化的動力學過程,分析發(fā)現(xiàn)氦原子的擴散與位錯網(wǎng)絡(luò)周期性分布的應力場密切相關(guān),系統(tǒng)研究了扭轉(zhuǎn)角、錯配度、層錯能等材料參數(shù)對氦泡陣列周期和氦泡形態(tài)的影響規(guī)律;我們發(fā)現(xiàn)了層狀材料中氦泡陣列生長的兩種模態(tài),從而可以通過改變錯配度和層厚的大小調(diào)控氦泡的生長模態(tài),這一結(jié)果有望對設(shè)計高性能、抗輻射材料提供理論指導。另外,面心立方晶體中擴展位錯與孔洞或夾雜缺陷的相互作用是輻照下金屬材料硬化的一種微觀力學機制,充分理解位錯與球形夾雜的作用機制對研究材料硬化不可或缺。本文中我們建立了面心立方晶體中擴展位錯穿越球形孔洞的相場模型,模擬了層錯能大小、外加剪切應力大小對穿越過程的影響,并考慮了球形夾雜內(nèi)模量大小對位錯穿越過程的影響規(guī)律。計算結(jié)果為理解材料硬化提供了一種新的思路。
【學位授予單位】：中國科學技術(shù)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TL34
【圖文】：

自２０世紀初期以來，金屬材料的輻照效應開始逐漸被材料科學領(lǐng)域重視。逡逑其中氦是核聚變的主要副產(chǎn)物，材料中氦行為的理論和實驗研宄方法有很多，逡逑如圖１．２所示為一系列數(shù)值模擬和實驗技術(shù)［｜４］，包含不同時間和空間尺度。實逡逑驗主要分為觀測材料結(jié)構(gòu)和測試材料力學性能兩大類，理論方法有速率方程理逡逑論等，數(shù)值方法有第一性原理、分子動力學、蒙特卡洛模擬、相場方法等多尺逡逑度的模擬方法。Ｍａｒｉａ邋Ｓａｍａｒａｓ等人［｜５］在一篇綜述中使用多尺度建模方法研究并逡逑了解氦氣泡在鐵素體鋼中形核和生長的機理，闡釋了氦泡對材料力學性質(zhì)的影逡逑響。逡逑２逡逑

｛ｕ；＾＾Ｍ逡逑ｌ＾ａＨＨＨｒ邋／ｍ＆．逡逑圖１．１邋｛００１｝滑移系位錯網(wǎng)絡(luò)到｛１１１｝滑移系位錯網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)變換ＩＢＩ。逡逑１．２研究現(xiàn)狀逡逑自２０世紀初期以來，金屬材料的輻照效應開始逐漸被材料科學領(lǐng)域重視。逡逑其中氦是核聚變的主要副產(chǎn)物，材料中氦行為的理論和實驗研宄方法有很多，逡逑如圖１．２所示為一系列數(shù)值模擬和實驗技術(shù)［｜４］，包含不同時間和空間尺度。實逡逑驗主要分為觀測材料結(jié)構(gòu)和測試材料力學性能兩大類，理論方法有速率方程理逡逑論等，數(shù)值方法有第一性原理、分子動力學、蒙特卡洛模擬、相場方法等多尺逡逑度的模擬方法。Ｍａｒｉａ邋Ｓａｍａｒａｓ等人［｜５］在一篇綜述中使用多尺度建模方法研究并逡逑了解氦氣泡在鐵素體鋼中形核和生長的機理，闡釋了氦泡對材料力學性質(zhì)的影逡逑響。逡逑２逡逑

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 雍岐龍;李永福;孫珍寶;吳寶榕;;微合金碳氮化物與奧氏體之間的半共格界面比界面能的理論計算[J];金屬學報;1988年05期

2 雍岐龍,劉清友,劉蘇,白埃民,程蓮萍,楊天武,陳華,鐘衛(wèi),郝建英;硫化錳與奧氏體之間半共格界面比界面能的理論計算[J];特殊鋼;2004年06期

3 朱紅梅;;冷壓燒結(jié)-熱擠壓復合工藝制備SiC_p/Al-Si復合材料[J];粉末冶金工業(yè);2018年01期

4 涂愛東;滕春禹;王v

本文編號：2736114