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铜晶体中类层错四面体的结构及其演化

物理学报 2009年第7期58卷 4862-4871页

作者：方步青卢果张广财许爱国李英骏中国矿业大学(北京) 北京100083 北京应用物理与计算数学研究所计算物理实验室北京100088

运用分子动力学方法,研究了金属铜单晶中不同形状的Frank位错环演化形成的各种类层错四面体稳定构型.对其形成过程的细致分析表明,这些稳定构型都可以用统一的位错分解和位错反应过程来解释.模拟结果表明,在零温下各种Frank位错环存在... 详细信息

运用分子动力学方法,研究了金属铜单晶中不同形状的Frank位错环演化形成的各种类层错四面体稳定构型.对其形成过程的细致分析表明,这些稳定构型都可以用统一的位错分解和位错反应过程来解释.模拟结果表明,在零温下各种Frank位错环存在各自的临界尺寸,小于临界尺寸的Frank位错环不能长成类层错四面体结构.对梯形、六边形等Frank位错环演化过程的模拟表明,在形成稳定类层错四面体的过程中,存在位错生长和回缩的振荡现象.振荡现象是由于位错间的排斥和吸引相互作用不同步或弹性波传播的延迟效应引起的.

关键词：层错四面体位错分子动力学

辐照诱导的层错四面体对单晶铜动态力学性能影响的模拟研究

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辐照诱导的层错四面体对单晶铜动态力学性能影响的模拟研究

作者：朱琪中国工程物理研究院

学位级别：硕士

金属结构材料经历长期辐照后会产生多种缺陷结构,这些缺陷造成的力学性能退化是影响核技术安全应用的重要因素之一。层错四面体(SFT)是面心立方晶体结构材料辐照后产生的主要缺陷结构,关于层错四面体对金属材料力学性能的影响,已有的研... 详细信息

金属结构材料经历长期辐照后会产生多种缺陷结构,这些缺陷造成的力学性能退化是影响核技术安全应用的重要因素之一。层错四面体(SFT)是面心立方晶体结构材料辐照后产生的主要缺陷结构,关于层错四面体对金属材料力学性能的影响,已有的研究主要关注准静态加载条件,而较少关注冲击加载的情况。因此,研究含层错四面体的金属材料在冲击加载下的力学性能具有重要的工程意义。分子动力学方法是认识和研究含缺陷材料变形和破坏机理的一种重要方法,本文选取典型的面心立方晶体结构材料铜为代表,使用分子动力学方法对冲击加载下层错四面体缺陷结构的演化及其对铜单晶动态力学性能的影响进行了研究。本文首先研究了不同冲击速度加载下层错四面体的结构演化过程及其对单晶铜压缩塑性变形的影响。结果表明,不同速度冲击下,层错四面体的结构演化不同,对材料塑性变形的影响程度也不同。当冲击速度较小时,层错四面体坍塌遵循逆Silcox-Hirsch机制,其基平面保持不变,在冲击波过后会重新恢复回四面体构型,铜单晶不发生塑性变形;当冲击速度达到一定值时,层错四面体的基平面发生破坏,开始从三角形Frank位错环的三个顶角附近发射位错,冲击速度越大,激活的位错越多,层错四面体的存在及其破坏促进了铜单晶的塑性变形;当冲击速度足够大时,铜材料发生剧烈的塑性变形,层错四面体由底部向顶部发生结构破坏,但其对材料塑性变形的影响可以忽略不计。另外,本文还研究了不同冲击速度下含层错四面体单晶铜材料的层裂损伤行为。研究发现,随着冲击速度的增大,层错四面体对材料层裂行为的影响程度呈现先增大后减小的趋势。冲击速度较低时,层错四面体的存在为孔洞形成提供了形核点,促进孔洞异质成核;在中等速度加载下,层错四面体坍塌引起的缺陷快速向周围扩展,为孔洞提供了更宽的形核区域,材料层裂强度大幅度减小,同时层错四面体坍塌及塑性变形耗散了部分冲击能,造成拉伸应力幅值降低,损伤演化速率降低。当冲击速度较高时,层错四面体坍塌引起的局部缺陷对层裂强度及损伤演化不再有明显影响。

关键词：层错四面体冲击压缩层裂分子动力学

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Fcc晶体中类层错四面体的结构及其演化

Fcc晶体中类层错四面体的结构及其演化

纳米铜薄膜塑性变形中空位型缺陷形核与演化的分子动力学研究

第五届全国青年计算物理学术交流会

作者：方步青卢果张广财李英骏许爱国中国矿业大学中国工程物理研究院北京研究生部北京计算数学与应用物理研究所

在辐照环境下,材料与工具(如核反应堆壁与航天器等)的性能变化一直是研究的热点。在高能粒子的辐照下,具有低层错能的fcc晶体内部会形成高密度的纳米尺寸大小的层错四面体(SFT),而微观结构的变化对材料性能变化起关键性作用。我们运用... 详细信息

在辐照环境下,材料与工具(如核反应堆壁与航天器等)的性能变化一直是研究的热点。在高能粒子的辐照下,具有低层错能的fcc晶体内部会形成高密度的纳米尺寸大小的层错四面体(SFT),而微观结构的变化对材料性能变化起关键性作用。我们运用分子动力学方法(MD),模拟了不同形状的Frank位错环演化形成类层错四面体的过程。给出了多种类层错四面体的稳定构型,并确定了形成的临界条件

关键词： Fcc晶体性能变化高能粒子低层错能层错四面体微观结构分子动力学临界条件

来源： cnki会议评论

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物理学报 2013年第19期62卷 388-394页

作者：徐爽郭雅芳北京交通大学土木建筑工程学院力学系北京100044

本文采用分子动力学方法模拟了纳米单晶铜薄膜在单向拉伸载荷作用下的塑性变形过程,重点分析了空位型缺陷的形核过程和演化机理.在模拟过程中,采用镶嵌原子势描述原子间的相互作用.模拟结果表明纳米铜薄膜中塑性变形起源于位错的表面形... 详细信息

本文采用分子动力学方法模拟了纳米单晶铜薄膜在单向拉伸载荷作用下的塑性变形过程,重点分析了空位型缺陷的形核过程和演化机理.在模拟过程中,采用镶嵌原子势描述原子间的相互作用.模拟结果表明纳米铜薄膜中塑性变形起源于位错的表面形核,而空位型缺陷的形核及演化都与晶体内部的位错运动密切相关.空位型缺陷通常从位错割阶及层错交截处开始形核,以单空位、层错四面体和不规则空位团等形式存在.

关键词：纳米薄膜塑性变形空位层错四面体

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铝中小空位团簇稳定性的第一性原理研究

Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2024年第3期34卷 724-736页

作者：苏恬莉孔祥山陈良赵国群张存生山东大学材料液固结构演化与加工教育部重点实验室济南250061

空位团簇是铝合金中最常见的缺陷之一。利用基于密度泛函理论的第一性原理计算,研究铝中孔洞、层错四面体(SFT)和{111}平面上的空位板等小空位团簇的能量学,发现文献报道的单空位形成能的显著差异主要与它们所使用的交换相关泛函数有关,... 详细信息

空位团簇是铝合金中最常见的缺陷之一。利用基于密度泛函理论的第一性原理计算,研究铝中孔洞、层错四面体(SFT)和{111}平面上的空位板等小空位团簇的能量学,发现文献报道的单空位形成能的显著差异主要与它们所使用的交换相关泛函数有关,LDA是Al中单空位形成能最可靠的近似,其次是PBE、PBEsol、PW91和AM05。本文结果证实Al中的双空位在能量上是不稳定的。此外,任何结构中小于5的空位团簇相对于相应数量的孤立单空位都是不稳定的。SFT是大多数小空位团簇中最稳定的结构,其次是孔洞和空位板。这些结果有助于理解实验观测到的铝中空位团簇的尺寸分布。

关键词：第一性原理铝单空位双空位空位团簇层错四面体空位板

脉冲激光辐照对316L不锈钢重位点阵晶界的影响

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表面技术 2019年第5期48卷 201-208页

作者：曲晓健杨占兵杨苏冰北京科技大学冶金与生态工程学院北京100083 北海道大学

目的提高316L不锈钢的重位点阵晶界比例,减少随机晶界的比例,改善材料的抗晶间腐蚀性能。方法选择合适的辐照温度,利用Nd:YAG激光器对SUS316L奥氏体不锈钢表面进行飞秒和纳秒激光辐照。通过电子背散射衍射技术分析辐照样品的晶界特征分... 详细信息

目的提高316L不锈钢的重位点阵晶界比例,减少随机晶界的比例,改善材料的抗晶间腐蚀性能。方法选择合适的辐照温度,利用Nd:YAG激光器对SUS316L奥氏体不锈钢表面进行飞秒和纳秒激光辐照。通过电子背散射衍射技术分析辐照样品的晶界特征分布,研究不同激光辐照条件对试样晶界的影响。此外,在透射电镜下,观察脉冲激光辐照样品中的晶体缺陷和Σ3晶界。结果相比于未辐照试样,723 K下飞秒激光辐照使试样的Σ3晶界比例增加2.88%,R晶界比例减少4.24%;723 K下纳秒激光辐照使试样的Σ3晶界比例增加10.78%,R晶界比例减少9.97%;773 K下纳秒激光辐照使试样的Σ3晶界比例增加12.52%,R晶界比例减少10.68%。在透射电镜下观察到,773K下脉冲激光辐照试样中存在大量的堆垛层错四面体,但在孪晶形核的"台阶"内部没有发现该类缺陷。结论重位点阵晶界比例的变化主要与晶界迁移和孪晶形成有关,其中脉冲激光辐照产生的能量为试样趋肤层的晶界迁移提供有利的条件,而辐照引起的晶体缺陷会促进晶界迁移过程中孪晶的形核和生长。

关键词：脉冲激光辐照晶界迁移孪晶 Σ3晶界层错四面体晶界特征分布

通过透射电子显微镜观察CuZnAlMnNi记忆合金的氧化

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科学通报 2001年第14期46卷 1156-1158页

作者：白玉俊鲁成威耿贵立尹龙为山东科技大学机械系济南250031 山东大学材料科学与工程学院济南250061

通过透射电子显微镜观察了淬火ＣｕＺｎＡｌＭｎＮｉ记忆合金经离子减薄后在空气中的氧化，发现合金经室温放置９０ｄ后，在表面上形成了许多均匀分布的大小不一的氧化物颗粒．颗粒主要沿着马氏体板条中的层错面形成，同时在合金中的层... 详细信息

通过透射电子显微镜观察了淬火ＣｕＺｎＡｌＭｎＮｉ记忆合金经离子减薄后在空气中的氧化，发现合金经室温放置９０ｄ后，在表面上形成了许多均匀分布的大小不一的氧化物颗粒．颗粒主要沿着马氏体板条中的层错面形成，同时在合金中的层错四面体处及位错线周围也都形成了较大的氧化物颗粒．氧化物的形成导致马氏体组织中的层错亚结构减少，局部区域甚至完全消失，这是淬火合金在室温放置过程中记忆性能降低的原因之一．

关键词：形状记忆合金氧化层错四面体位错线透射电子显微镜铜锌铝锰镍

奥氏体不锈钢中刃位错与辐照缺陷间相互作用的模拟研究

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奥氏体不锈钢中刃位错与辐照缺陷间相互作用的模拟研究

作者：熊涛文湖南大学

学位级别：硕士

现代社会发展快速,有限的传统能源被迅速消耗,核能以其清洁、环保和低耗的优势被更多研究与应用。核能的持久高效产出离不开反应堆的安全稳定运行,但最近的几次核事故的发生也让人们对其发展有了不少考虑,对反应堆安全性的研究成为热点... 详细信息

现代社会发展快速,有限的传统能源被迅速消耗,核能以其清洁、环保和低耗的优势被更多研究与应用。核能的持久高效产出离不开反应堆的安全稳定运行,但最近的几次核事故的发生也让人们对其发展有了不少考虑,对反应堆安全性的研究成为热点。因为奥氏体不锈钢在高温辐照条件下仍具有较好的综合性能,所以常被选作为反应堆的核心结构材料。然而,在经历长期的高能粒子的辐照后,奥氏体不锈钢内部将产生许多缺陷如空洞、位错环和层错四面体(SFT)等,这些缺陷将阻碍位错的滑移并与其相互作用,使得材料的性能发生改变,影响反应堆的安全。因此对于辐照条件下奥氏体不锈钢中缺陷相互作用的研究具有重要的意义。由于实验上研究辐照材料是昂贵且繁琐的,计算机模拟得到了广泛的应用。通过计算机模拟能准确描述辐照条件下材料结构的微观演化和损伤机制,这为设计新的抗辐照材料提供了指导。为此,本文以奥氏体不锈钢为研究体系,运用分子动力学的方法计算模拟了刃位错与三类典型辐照缺陷(空洞、位错环和SFT)的相互作用。文中分析了不同模拟温度、缺陷尺寸和作用初始构型下缺陷相互作用生成的结构和作用过程中临界剪切应力(CRSS)的变化,揭示了不同结果对材料性能的影响。同时为了得到较为准确的结果,在刃位错与缺陷作用之前对模拟盒子进行三次随机合金化。分析发现,刃位错与空洞的作用结果有两种:(1)刃位错的前分位错和后分位错分别脱离空洞的束缚,没有产生束集(Constriction),(2)刃位错的前分位错和后分位错同时被空洞钉扎,产生束集。刃位错与位错环的作用结果有三种:(1)在位错环的某些边生成新的层错面(Sheared),形成层错复合体,(2)位错环内部的层错消失变成一个完整的环,惯性面发生改变(Unfaulting),(3)环与刃位错两分位错之间生成一个超割阶(Superjog)。刃位错与SFT的相互作用有两种结果,(1)刃位错直接通过SFT,(2)SFT顶点原子集聚和底面的消失。通过对辐照条件下刃位错和缺陷相互作用过程中CRSS值的统计,探究了不同辐照缺陷对刃位错滑移的阻碍性。结果表明,在与刃位错相互作用时,所有类型缺陷的CRSS值均随着温度升高而显著减小,随着缺陷尺寸的增加而变大(除了在900 K时3 nm位错环的情况)。对于不同的缺陷,位错环中的CRSS值最大,层错四面体中的CRSS值最小,这是因为位错环和刃位错相互作用过程中产生了Unfaulting机制,或者是形成了Superjog和层错复合体,所以位错环对刃位错滑移的阻碍性最大。此外,对于空洞和位错环,CRSS值都出现在前分位错或后分位错脱离缺陷的钉扎时,而SFT和刃位错作用过程的CRSS值出现在SFT位于刃位错内部层错的中间位置时,所以文中探讨了层错宽度对缺陷相互作用的影响。这些结果将有助于理解奥氏体不锈钢的辐照效应,并对辐照材料的结构设计提供参考。

关键词：分子动力学模拟奥氏体不锈钢刃位错空洞弗兰克尔环层错四面体阻碍性

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金纳米线的重离子辐照效应研究

金纳米线的重离子辐照效应研究

作者：程亚雄中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所)

学位级别：硕士

过去,在重离子与块状材料的相互作用研究中,研究人员得到了大量的实验结果并建立了多种模型用以解释相关的实验现象,为解释材料中缺陷的产生和预测辐射中固体材料的性能变化提供了坚实的理论依据。现今,纳米科学的蓬勃发展促使纳米尺度... 详细信息

过去,在重离子与块状材料的相互作用研究中,研究人员得到了大量的实验结果并建立了多种模型用以解释相关的实验现象,为解释材料中缺陷的产生和预测辐射中固体材料的性能变化提供了坚实的理论依据。现今,纳米科学的蓬勃发展促使纳米尺度材料渗透到各个领域,其中亦包括材料辐照领域。作为纳米材料家族中重要的成员,一维纳米材料因其巨大的长径比和较小的空间尺寸特性而得到广泛关注。一维纳米材料按照其结构可分为纳米带、纳米螺旋、纳米管和纳米线四种,其中纳米线是最常见的一维纳米材料。纳米线的一维结构特征使其在能量传输方面有着巨大的应用前景,可用于制作场发射器件、热电器件和光电器件等电子设备[1]。纳米线的结构也决定了其对热的传输与块体不同,热能在块体材料中由热源向材料四周扩散,但在纳米线中热能主要沿纳米线的轴向扩散,其小直径的对热传导的约束使热力学过程延长了。这种热能传输的差异,使得离子辐照在纳米线中产生的热效应与块体材料有所不同,因此,人们开始关注纳米线的重离子辐照效应。目前人们对于纳米线辐照效应的研究主要侧重于陶瓷、半导体和绝缘体纳米线材料[2],对于具有良好导电性的金属纳米线的辐照效应研究并不多,因此研究金属纳米线的辐照效应将有助于理解重离子与金属纳米材料的相互作用的基本过程,进一步揭示辐照损伤效应对一维纳米材料结构的影响。本文通过重离子径迹模板结合电化学沉积的方法制备出不同直径的金纳米线,并利用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)表征所制备纳米线的表面形貌和晶体结构,获得辐照之前的金纳米线形貌和结构信息。利用中科院近代物理所的320kV高电荷态综合实验平台和兰州重离子加速器(HIRFL)提供的重离子对金纳米线进行辐照,完成了不同条件下(种类、能量、剂量和注量率)的纳米线辐照实验。通过对比辐照前后金纳米线的形貌和结构变化获得重离子辐照对金纳米线的辐照损伤,给出了不同直径的金纳米线损伤程度差异,以及离子注量率、种类和能量对金纳米线辐照损伤的影响。研究发现,能量为1.4至4 MeV的重离子束,在高注量率辐照的条件下,使金纳米线的表面变粗糙,并在表面形成了大量的凹坑和凸起结构,这些结构的形成与近表面的峰过程有关。重离子辐照还导致线表面被刻蚀并溅射出纳米尺度的金颗粒。此外,实验还发现相同辐照条件下,重离子在不同直径的金纳米线中引起的辐照损伤也有所差别;不同直径的金纳米线溅射的颗粒的平均尺寸随金纳米线直径的增大而增加。同时,在辐照后的纳米线中还观察到大量的层错四面体(SFT),其尺寸与入射离子在材料中的核能损正相关。能量为几百MeV的快重离子在金纳米线表面会产生较大的凸起颗粒,这些颗粒的粒径在十几至几十纳米的范围内,呈现出锥形和四面体形状。SRIM-2013模拟表明表面凸起颗粒的形成和快重离子在金纳米线中的电子能损有关。快重离子与金中的电子相互作用使电子电离或激发,这些获得能量的电子将通过电子-声子耦合的方式将能量传输给晶格上的金原子形成非弹性热峰导致金纳米线的局部熔化,熔融的金因为体积膨胀而溢出表面并在表面结晶后将形成凸起的颗粒。

关键词：金纳米线重离子辐照效应溅射层错四面体