Si晶体中螺位错滑移特性的分子动力学

在保持Si晶体模型完全周期性的边界条件下, 采用位错偶极子模型在其内部建立一对螺位错. 通过Parrinello-Rahman方法对模型施加剪应力, 并应用分子动力学计算位错运动速度及交滑移的发生与外加剪应力间的关系. 在此基础上进一步研究晶体内的空位缺陷对螺位错运动的影响. 结果表明, 在位错滑移面上的六边形环状空位聚集体可加速螺位错的运动, 并且螺位错能通过交滑移跨越该空位缺陷, 避免产生钉扎现象. 揭示了低温层中大量存在的空位缺陷是降低位错密度的原因.      

晶界位错运动的空位晶体相场模拟

【目的】研究不同形式的应力对位错运动形式的影响。【方法】通过添加空位自由能项修正晶体相场模型(Phase-field-crystal model,PFC model),得到空位晶体相场法模型(Vacancy phase-field-crystal model,VPFC model),并采用VPFC模拟小角度晶界(Grain Boundary)在外加单方向应力作用下的变形过程。【结果】在外加单方向应力作用下,小角度晶界位错组作攀移运动时系统自由能增加,位错组滑移时出现系统自由能下降和位错反应等现象。x方向拉应力促使位错发生负攀移,压应力促使位错发生正攀移。【结论】VPFC模型可有效模拟晶界位错、空位等微结构演化过程。     

Si中30°部分位错弯结-重构缺陷运动特性的分子模拟

通过基于EDIP(Environment-Dependent Interatomic Potential)势函数的分子动力学模拟,得到了左弯结-重构缺陷(LC)和右弯结-重构缺陷(RC)在1个周期内通过稳定状态之间的相互转化来实现运动的具体过程,同时给出了LC和RC在不同温度和剪应力作用下的运动速度曲线.通过NEB(Nudged Elastic Band)方法结合紧束缚势函数,计算出了LC和RC在1个周期内的迁移势垒,验证了分子动力学结果的正确性.计算结果表明,含有重构缺陷(RD)的LC和RC相对于左弯结和右弯结具有较快的运动速度,验证了之前得出的RD对30°部分位错的运动具有加速作用的结论,并且通过对弯结运动过程中微观结构的分析,从微观尺度上对这一结论进行了解释.     

电场对2E12铝合金时效微观组织和动力学的影响

通过示差扫描量热法(DSC)、透射电镜(TEM)和电阻率测量方法研究电场处理对2E12铝合金时效微观组织和时效动力学的影响.研究结果表明:预变形190℃时效5h处理的2E12铝合金样品时效过程中施加电场能使促进后续时效进程,使DSC曲线中S相析出放热峰的峰值温度降低15℃,最大相变速率增加75％,相变完成所需时间减少20％.施加电场能使铝空位形成能降低26％,增加铝空位的浓度,从而导致预变形2E12铝合金样品时效过程中在位错线上形核的S '相粒r体积分数和尺寸更大.这些粒子阻碍了基体内位错密度由于回复而降低的过程,使得样品在时效处理后保持较高密度的位错.位错与空位的共同影响使得后续时效过程中S相析出的速率加快.     

塑性变形中的位错动力学研究

文章采用三维离散位错动力学方法对不同外力和温度条件下的位错运动行为进行了研究,分析了位错数目及平均速度随变形的演化.模型中考虑了位错间的弹性作用力以及位错克服晶格阻力的滑移过程,并对位错的增殖和湮灭机制进行了适当简化.结果表明,在增殖和湮灭机制的联合作用下,位错密度及速度均处于波动状态;总体上来说,位错速度随着外力和温...     

晶体镍中氦泡生长的分子动力学模拟

利用分子动力学方法模拟了面心立方金属镍中氦泡的膨胀和融合过程。通过原子分布示意图、径向分布函数等方面的分析研究发现,在温度较低时,随时间的演化,原相隔五层镍原子的两氦泡逐渐聚拢,同时周围出现大量空位、间隙原子、位错等缺陷结构;两氦泡最终连为一体,氦泡周围的镍原子构成一菱形位错区域。温度较高时,两氦泡融合速度加快,融合区域增大,这对于研究材料中的杂质、缺陷、孔洞、裂纹的扩展、贯通机理具有重要意思。     

Al－Li合金淬火组织中的蜷线位错

用透射电镜观察了Ａｌ－Ｌｉ合金淬火组织的位错形态，对已提出的蜷线位错的形成机制进行了评述，并对所研究Ａｌ－Ｌｉ合金中蜷线位错的形成进行了分析．研究结果表明，Ａｌ－Ｌｉ合金中的蜷线位错主要是由受钉扎的位错和弯曲的位错在过饱和空位的作用下攀移形成的．     

Al—Li合金淬火组织中的蜷线位错

用透射电镜观察了Ａｌ－Ｌｉ合金淬火组织的位错形态，对已提出的蜷线位错的形成机制进行了评述，并对所研究Ａｌ－Ｌｉ合金中蜷线位错的形成进行了分析。研究结果表明，Ａｌ－Ｌｉ合金中的蜷线位错主要是由受钉扎的位错和弯曲的位错在过饱和空位的作用下攀移形成的。     

1.25C-3.OSi超高碳钢的变形与组织分析

对喷射态超高碳钢UHCS-3.0Si进行了等温压缩物理模拟试验,测定了真应力-真应变曲线.试验表明,较低温度区(850～950°C)的变形激活能为395kJ/mol,变形主要受位错脱钉机制控制,较高温度区(1000～1100°C)的变形激活能为258kJ/mol,变形受位错攀移机制控制.对组织的观察表明,UHCS-3.0Si等温压缩过程中发生了动态再结晶,应变速率对组织影响不大,变形温度是决定组织的首要热力学条件.     

含宏观石墨颗粒材料界面位错形态及内耗特征的研究

利用渗流技术在工业纯铝中引入宏观尺度的石墨颗粒,研究该宏观缺陷界面附近的微观缺陷(位错)形态及对材料内耗的影响.结果表明,在连续升温测量过程中,大约在260℃附近观察到了一个内耗峰,其峰位与频率无关,峰高与测量频率的倒数和升温速率近似成直线关系,且表现出正常振幅效应.而在没有宏观石墨颗粒增强的工业纯铝样品中无峰出现.通过透射电子显微镜(TEM)观察,发现在石墨颗粒/基体界面附近存在高密度位错.根据内耗实验结果和微观结构特征的观察,认为该内耗峰的机制与基体和增强物之间因热膨胀系数的不同而诱发的高密度位错以及位错在外加应力作用下的运动有关.     

外应力作用下小角晶界的斜排位错运动研究

[目的]探讨纳米晶材料中小角度晶界位错在应力作用下的演化机理。[方法]通过分析位错受力,建立动力学方程,分析晶界斜排位错在受到外应力作用下的运动规律。[结果]晶界位错的3个部分结果不同,处在中心位错以上的位错(第1部分)在剪切应力不断增大的过程中,会经过滑移,波动,最后沿柏氏矢量方向滑移过程;中心位错(第2部分)会经过滑移,波动,再滑移过程;中心位错以下的位错(第3部分)会先逆柏氏矢量方向滑移,然后改变运动方向进行攀移,最后回到第5个位错的初始位置后沿柏氏矢量滑移。[结论]当晶界位错受到外应力作用时,晶界会马上瓦解,外应力是导致晶界瓦解的主要因素。对比水平位错的晶界,斜排位错组成的晶界瓦解不具有对称性,每个位错的运动规律都各有特点。     

含初始空位缺陷铝纳米柱循环变形行为的分子动力学模拟

采用分子动力学方法,模拟了含不同比例初始空位缺陷的铝纳米柱在低振幅循环载荷作用下的变形过程。研究了含有初始空位缺陷的铝纳米柱在循环载荷下的变形特点及力学行为。研究发现在循环载荷作用下,当铝纳米柱中初始空位缺陷比例为3%时,稳定阶段应力值最大。当初始空位缺陷比例低于3%时,铝纳米柱中发生形核和湮灭的位错数量随着空位缺陷比例的升高而大幅度降低;初始空位缺陷的比例越高,稳定阶段应力值越高。当初始空位缺陷比例高于3%时,铝纳米柱中发生形核和湮灭的位错数量在不同空位缺陷比例下相差不大;初始空位缺陷比例越高,稳定阶段应力值越低。     

不同温度晶界位错湮没过程的晶体相场模拟

【目的】针对不同温度的晶界位错湮没过程进行研究。【方法】采用晶体相场模型模拟中等角度对称倾侧晶界结构在不同温度下的晶界位错演化湮没过程,从位错的运动形式和体系自由能的变化,分析晶界的消失过程和位错的相互作用。【结果】具有二维三角晶格原子点阵结构形成的对称倾侧晶界是由配对的位错对按直线规则排列构成,可以看成由2套位错Burgers矢量组成。晶界湮没主要有如下几方面的特征过程:首先晶界位错攀移,然后发生位错分解,晶界发射位错,位错由攀移运动转化为作滑移运动;接着滑移位错穿过晶粒内部,直到在对面晶界上湮没;剩余的晶界位错继续作攀移运动,然后又出现位错分解,晶界再次发射位错,使得位错转为作滑移运动,与其它作滑移运动的位错在晶内相遇湮没消失。【结论】在低温情况,位错是一对一对地按照一定的顺序发生湮没,而高温情况,位错湮没可以同时出现几对位错一起发生湮没。最后,所有晶界和位错全部消失。     

压痕诱发GaAs单晶中的位错组态

利用透射电子显微镜对压痕诱发GaAs中的位错组态进行了研究.结果表明,压痕周围产生了玫瑰型不对称的位错组态和二次对称分布的孪晶结构.这种位错组态是由晶体中六个滑移面上的形核、运动及相互作用而成.它们与材料中不同运动速度的α、β位错密切相关.     

二维大取向角对晶界湮没过程的晶体相场模拟

【目的】针对大角正方相晶界的位错结构,揭示在外应变下的位错运动和位错反应的微观机理。【方法】采用双模晶体相场(PFC)模型,模拟大角度取向角位错湮没过程。【结果】晶界上的位错是由4个位错组成1个位错对。晶界湮没有如下主要过程:开始时位错沿晶界攀移,随后晶界发生位错分解并发射,位错运动方式由攀移转为滑移;滑移位错与其他位错在晶内相遇发生湮没,其余晶界位错进行攀移,再次出现晶界位错分解发射位错,位错滑移穿过晶界内部,到达对面晶界处发生湮没。在这个过程中部分位错滑移与其他位错相遇会形成新的位错,同样继续进行攀移、分解、滑移进而湮没的运动。【结论】PFC模型能较好地用于研究大角度正方相的位错在施加应力作用下的运动。     

剪切应力下扩展位错穿越孔洞和夹杂相的相场模拟

利用结合了相场微弹性理论和位错派纳模型的相场方法,数值模拟研究了面心立方晶体铝和铜中剪切应力下扩展位错穿越孔洞和夹杂相的过程.相场微弹性理论用来计算位错和孔洞/夹杂相之间的长程弹性相互作用,派纳模型中采用一维晶体能函数描述扩展位错结构,Ginzburg-Landau动力学方程描述位错滑移的过程.模拟结果显示位错接近孔洞时,位错先被吸引到孔洞边缘而后被钉扎最后脱离孔洞;而当位错接近夹杂相时,位错先被夹杂相弯曲而后绕过夹杂相并产生位错环.研究发现层错能比较小的情况下扩展位错接近孔洞/夹杂相时会发生层错收窄,而绕过孔洞/夹杂相时会出现领先不全位错先穿越、滞后不全位错后穿越并伴随局部层错展宽的现象.该模拟结果不仅与前人原子层次模拟结果一致,而且进一步在更长的时间尺度下揭示了应力幅值、层错能参数对扩展位错穿越孔洞/夹杂相动力学过程的影响.     

Si中30°部分位错弯结-重构缺陷运动特性的分子模拟

通过基于EDIP（Environment—Dependent Interatomic Potential）势函数的分子动力学模拟，得到了左弯结-重构缺陷（LC）和右弯结-重构缺陷（RC）在1个周期内通过稳定状态之间的相互转化来实现运动的具体过程，同时给出了LC和RC在不同温度和剪应力作用下的运动速度曲线．通过NEB（Nudged Elastic Band）方法结合紧束缚势函数，计算出了LC和RC在1个周期内的迁移势垒，验证了分子动力学结果的正确性．计算结果表明，含有重构缺陷（RD）的LC和RC相对于左弯结和右弯结具有较快的运动速度，验证了之前得出的RD对30°部分位错的运动具有加速作用的结论，并且通过对弯结运动过程中微观结构的分析，从微观尺度上对这一结论进行了解释．     

晶界萌生裂纹扩展的晶体相场模拟

【目的】研究双晶样品在单轴拉伸应变作用下所发生的纳米微观尺度裂纹扩展运动,观察裂纹扩展特征,揭示位错对裂纹扩展的作用规律。【方法】应用晶体相场(PFC)方法模拟裂纹扩展演化及其位错运动。【结果】在位错没有发射之时,裂纹沿位错对柏氏矢量方向解理扩展,发射位错后裂尖沿顺时针旋转60°继续扩展。【结论】晶界滑移出的位错由于周围应力集中,萌生出微裂纹。在裂纹扩展中,裂纹与位错相互作用,可以有多种形式。     

金属塑性变形中的位错动力学模型

对金属塑性变形的微观机制进行了详细研究。首次以非平衡不可逆过程热力学为基础,利用位错连续分布理论和协同学原理,建立了可以描述位错密度在塑性变形中随时间和空间连续变化的动力学模型。利用该模型着重阐述了位错胞的产生和发展,从理论上得到了位错胞尺寸与平均位错密度之间的定量关系式,与常用的经验关系式不仅定性相同,而且定量上也是一致的。     

钨基辐照材料纳米氦泡诱导位错成核的分子模拟

基于分子动力学模拟,系统研究纳米氦泡的内压、孔径和温度对钨基辐照材料位错成核机理的影响.首次采用微动弹性带(nudged elastic band,NEB)方法对氦泡诱导位错成核的能垒进行分析.研究发现,存在一个极限氦/空位比,当氦/空位比超过该极限值时,纳米氦泡通过内压驱动位错成核、位错竞争与反应、交滑移等微观机理生...