Si晶体中60°位错运动的分子动力学研究

在S i晶体中建立了60°位错偶极子模型并通过Parrinello-Rahm an方法施加剪应力,使用分子动力学方法研究了60°位错在不同的温度和剪应力作用下的运动特性。观察到了位错速度与剪应力成正比关系;而温度对位错速度的影响,随着外加剪应力的不同呈现出三种趋势:(1)低剪应力作用下,位错速度与温度成正比关系;(2)剪应力达到0.6GPa附近时,位错速度与温度呈反比关系,声子拖动效应开始起作用;(3)当剪应力达到2GPa时,位错速度稳定在某一特定值,不再明显随温度的变化而变化。

氢对位错运动的影响

金属材料氢脆的根本原因是氢对位错运动、分布和结构的影响。本文利用透射电镜观察了渗氢与未渗氢试样中的形变亚结构。结果表明氢促进了位错的平面滑移 ,阻碍了交滑移 ,从而加剧位错塞积 ,导致位错分布和塑性变形的不均匀性。文中提出了几种形变亚结构特征的形成机制 ,并进一步讨论了氢影响位错运动的物理原因。

7475铝合金电致超塑性效应中位错运动的动力学分析

在7475铝合金的超塑性变形过程中对试样通以脉冲电流,发现脉冲电流能提高该合金的超塑性变形性能,并使晶内位错呈顺电子流动方向排列的形态。分析认为这种位错形态产生于电子风力对位错运动的促进作用。对于位错电子风力的计算引入了两种方法,这两种计算方法所得出的位错电子风力都与电流密度成正比。

Al-Li合金中δ′(Al_3Li)颗粒尺寸对位错运动的影响

测定了 Al- Li合金不同条件下δ′(Al3Li)相的颗粒半径和体积分数 ,研究了δ′颗粒尺寸及体积分数对位错运动方式的作用。结果表明 ,如果δ′颗粒的平均尺寸小于临界尺寸 ,δ′颗粒被位错切割 ,反之 ,则形成奥罗万 (Orowan)位错环 ;当相同柏氏矢量的成对位错切割δ′颗粒时 ,会消除先行位错形成的反相畴界 ,当不同柏氏矢量的成对位错切割δ′颗粒时 ,需要增大外力 。

位错芯重构缺陷对于Si中位错运动的影响

为了研究晶格常数不匹配的异质结SiGe/Si生长过程中低温缓冲层内缺陷对位错运动的影响,使用位错偶极子模型在Si晶体内建立了一对30°部分位错,和导致30°部分位错运动的弯结结构,以及位错芯重构缺陷(RD)与弯结组合而生成的弯结-RD结构.通过分子动力学模拟,使用Parrnello-Rahmman方法施加剪应力促使位错运动,得到了左右弯结-RD结构在迁移过程中的8种稳定构型,并且使用NEB方法和紧束缚势计算了纯弯结和弯结-RD迁移过程中势垒高度,发现弯结-RD的迁移能力要高于纯弯结结构.从模拟结果推断出,低温层生长技术中的Si低温缓冲层由于低温限制了重构缺陷的运动,减少其相遇发生湮灭的概率,从而使得更多的弯结能够与重构缺陷结合生成弯结-RD结构来提高30°部分位错的运动能力,由此释放异质结结构失配应力所需的位错密度会随之减小.

Fe-C-V合金中V_4(C,N)_3对疲劳位错运动区域分布和疲劳强度的影响

本文研究了Fe-C-V合金中,V_4(C,N)_3对疲劳位错运动区域和疲劳强度的影响。研究表明细小、均匀、弥散、稳定的V_4(C,N)_3促使位错运动分布在广泛区域,减小疲劳损伤局部化,明显提高疲劳强度。

共格γ′/γ界面对位错运动的单向阀门作用

对IC-218合金(一种完全共格而且点阵错配度很小的γ′—γ两相合金)冷加工及回复中位错行为的研究表明,γ′/γ界面对位错运动起单向阀门作用,即允许位错自由地由γ′进入γ而严格限制其相反的运动。这种作用对该合金的冷加工及退火行为产生重要影响:在冷加工中缩短位错自由滑移距离而又避免位错在γ′中的塞积;在退火中加速γ′的位错回复,导致退火早期大幅度硬度回复,同时抑制再结晶起动。

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。

氢对位错运动的影响

金属材料氢脆的根本原因是氢对位错运动、分布和结构的影响,本文利用透射电镜观察了渗氢与未渗氢试样中的形变亚结构,结果表明氢促进了位错的平面滑移,阻碍了交滑移,从而加剧位错塞积,导致位错分布和塑性变形的不均匀性,文中提出了几种形变亚结构特征的形成机制,并进一步讨论了氢影响位错运动的物理原因。

吸附促进位错发射、运动以及裂纹扩展的分子动力学模拟

根据反演法获得的对势和ＥＡＭ多体势计算了纯Ａｌ位错发射的临界应力强度因子ＫＩｅ以及Ｇｒｉｆｆｉｔｈ裂纹解理扩展的临界应力强度因子 ＫＩＧ．结果表明，用对势算出的值和断裂力学计算结果更相近. 因此，用对势来研究吸附的影响是可行的．分子动力学模拟表明，Ｇａ吸附在裂纹表面将使 ＫＩＧ＝０．４２ ＭＰａ·ｍ降至 ＫＩＧ＝０．３２ ＭＰａ·ｍ，这表明吸附使表面能γ降至γ（＝０.８７γ）．Ｇａ吸附使 ＫＩｅ＝０．３１ ＭＰａ·ｍ降至 ＫＩｅ＝０．２４ ＭＰａｍ；Ｇａ吸附使位错运动的临界分切应力从Ｔｃ＝２．０５ＭＰａ降至Ｔｃ＝１．８２ ＭＰａ．这就表明，Ｇａ吸附后能降低Ａｌ的表面能，从而促进位错发射和运动.

基于位错运动的镍基单晶各向异性蠕变寿命预测

对3种不同取向的DD6镍基单晶高温合金进行了980℃下的蠕变试验,结果表明镍基单晶高温合金蠕变失效机理是材料内部微孔洞的萌生与微裂纹的扩展,其本质是由位错运动造成的。采用透射电镜(TEM)对蠕变初期[001]、[111]和[011]3种取向的单晶合金的位错形貌进行观测,发现其分别符合八面体滑移系开动、六面体滑移系开动与两滑移系同时开动的特征。针对上述微观现象,基于晶体塑性理论建立了考虑Orowan效应与位错阻碍效应的蠕变本构模型与蠕变损伤模型,并根据试验得到的蠕变曲线拟合了模型参数。该模型的有限元模拟结果与单晶材料的蠕变断口形貌相互印证,解释了单晶蠕变的各向异性的力学行为。

各向异性双材料中运动螺型位错与界面刚性线的干涉

研究了各向异性双材料中匀速运动螺型位错与界面刚性线的干涉问题.运用Riemann-Schwarz解析延拓技术与复势函数奇性主部分析方法,获得了该问题的一般弹性解答,求出了界面含一条和两条刚性线情况下的封闭形式解,并给出了刚性线尖端的应力强度因子和作用于运动位错上的像力的显式表达式.结果表明,位错速度增大可以削弱位错对应力强度因子的反屏蔽效应;位错速度越大,位错平衡点越靠近刚性线.退化结果与已有的解答完全吻合.

压电磁材料中运动螺型位错与圆柱形刚性夹杂的干涉作用

运用复变函数方法研究了压电磁材料中圆柱形刚性夹杂附近运动螺型位错所激发的力场和电磁场。求得了位移、应力、应变、电场、电位移以及磁感和磁场的显式表达式。结果表明,运动位错速度以及夹杂对于电-磁-弹性场具有很大影响。本文退化结果与前人的结果完全吻合。

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.

红河断裂带南段中新世以来大型右旋位错量的定量研究

红河断裂带南段（元江-元阳-带）穿经盆地内的“中谷断裂”，是一条新构造期明显活动的主平移断裂。它的新近活动将中新世红河盆地一分为二，右旋切错至倮头山-大曼迷一带。与此相伴，山前断裂则以正断活动为主。沿“中谷断裂”高角度切错中新统的剪切走滑断面，被断错的中新世条形盆地内发育轴向NE的挤压褶皱及压缩变形的空间变化特征，下中新统、中上中新统、上新统及第四系的分布依次自sE向NW有序迁移且在“中谷断裂”的东北盘节节错后分布等，均表明红河断裂南段中新世以来自SE向NW的不断破裂扩展和右旋走滑位错；区段内中下中新统较厚的山前磨拉石沉积建造、卷入“中谷断裂”剪切变形的强度中新统明显强于上新统等表明，红河断裂南段大规模的右旋走滑运动应发生在中中新世前后，其FT年龄约为距今13．7Ma；根据切错的中新统的平面尺度、用平衡剖面法恢复压缩前盆地的长度和由断层变形带宽度等计算，求得红河断裂带南段中新世以来大型右旋位错总量介于62-69km，中值为65km。研究资料还表明，红河断裂右旋走滑运动作为一个过程，经历转换活动期（N1）、右旋走滑初始期（N1^2）、大型右旋走滑期（N1^3-N2^1）和右旋走滑扩展期（N2^2-Q2^1）等多个发生、发展与演化阶段。与其相应的断裂活动性质也存在着从剪切走滑一张性走滑不断交替的转换过程。

初始动态再结晶过程中的位错动态行为

从研究位错动态行为出发，提出了一种新的动态再结晶理论，并通过求解发生初始动态再结晶时位错攀移速率与滑移速率之比的临界值，建立了相应的热变形参数之间的物理关系。

Si晶体中60°位错与空位缺陷相互作用的分子动力学研究

为了研究晶格常数不匹配的异质结结构(Si1-xGex/Si)在生长过程中低温缓冲层内的位错运动特性,在Si晶体中建立了60°位错偶极子,以及相对于位错不同空间位置的5种六边形环状空位缺陷模型.基于分子动力学理论,并通过Parrinello-Rahman方法施加剪应力使位错运动,研究了不同空间位置空位缺陷对于60°位错运动的影响,发现各种类型的空位缺陷均会阻碍位错运动,导致位错线弯曲,而位错远离空位缺陷的部分在交会过程中出现了先加速、后减速的现象.模拟结果表明:使位错不被钉扎住的临界外加剪应力随着温度的上升而减小,在上述模型中当温度达到300K以上就稳定于0.6 GPa附近,小于SiGe体系中的失配应力,说明空位缺陷不会成为60°位错的钉扎点,仅会对其运动产生迟滞.

环境断裂的位错层次研究

从位错层次评述了断裂和环境断裂微裂纹的形核过程． 对于金属材料， 任何断裂过程（ 韧断， 本质脆断， 氢脆， 应力腐蚀， 液体金属脆） 均以位错发射、运动为先导， 只有局部塑性应变发展到临界条件，应力集中使局部应力等于原子键合力时才出现微裂纹的形核． 环境（ 氢， 腐蚀介质， 液体金属） 通过促进局部塑性变形引起低应力脆断． 不同环境促进位错发射。

位错与结晶过程的计算机辅助教学

金属学是金属材料学科的基础理论课,其主要理论内容大多为叙述性描述,又是微观世界的逻辑分析,学生学习这门课时,困难较大,因为,在动态的、原子尺度的微观范畴,是无法直接观察的,而从抽象的三维几何模型中,想象原子的分布、原子的运动、相互关系而联系到宏观的变化规律的确不是一件容易之事。尽管金属学教师在讲授这些内容时,已作了大量的工作,研究了许多好的讲课方法,也不同程度地使用了辅助教学手段,如幻灯。