位错、裂纹与断裂

本文评述近些年来在位错、裂纹与断裂方面的研究进展.内容主要包括:①以屈服强度温度依赖性为例,讨论力学性能的结构敏感性,使其对位错芯结构与塑性之间的关系有一定的认识;②纯弹性断裂总是极少的,因之在加载应力作用下,裂纹顶端总是存在着或大或小的塑性区,存在着裂纹与位错的交互作用.这里以我们自己的工作为主,重点讨论裂端位错过程的研究结果.

分形图形周界和面积的关系

本文讨论分形图形周界和面积的关系;指出:在现实存在的有限层次自相似结构的近似分形图形中,Mandelbrot 的周界—面积分维关系不适用。这可能是一些用此办法测出的分维值随码尺大小变化的根本原因。

访特里亚斯特国际理论物理中心

1979年,中国科学院组织了以黄昆同志为首的我国第一个固体物理代表团,到意大利访问了设在特里亚斯特(Trieste)的国际理论物理中心。这个“中心”是1964年开始建立的,行政关系隶属于联合国国际原子能机构(IAEA)和教科文组织(UNESCO)。它的宗旨是促进国际之间,特别是发展中国家的学术交流和科研及专业人才的培养。“中心”的主任是巴基斯坦的理论物理学家A.萨拉姆(A.Salam)教授,1979年诺贝尔物理奖金获得者。现任学术委员会主席的是理论固态物理学家s.

Morse势函数和钼单晶等的临界切应力的温度依赖性

综述了以往钼、铁、铝、镁等单晶临界切应力温度依赖性的实验；指出：在滑移系统不变的条件下，在一定的温度范围内，临界切应力和温度呈近似指数关系是相当普遍的规律。Ｍｏｒｓｅ势函数应用和实验的吻合说明原子间力对屈服应力的重要作用。结合近来发展讨论今后的发展，指出金属范性的本质深入到电子结构层次研究的重要意义。

Morse势函数和钼单晶临界切应力的温度依赖性

Ｍｏｒｓｅ势函数和钼单晶临界切应力的温度依赖性龙期威中国科学院金属研究所，中国科学院国际材料物理中心沈阳１１００１５位错中心原子相互作用对于它的结构及范性行为有很重要的作用［１］。几乎和国外同时，本文作者等与艹勾清泉教授合作开展了金属力学性质的原子...

受驱介质中界面和线的非平衡动力学

在外力驱动下 ,固体中界面或线 (一种缺陷 )的脱钉 ,是一个非平衡动力学过程。系统中包含外力和钉扎势。当外力很小时 ,界面或线被陷俘于钉扎势 ;系统处于亚稳态。当外力超过某一阈值 ,上述亚稳态消失 ,界面开始移动。在近阈值处 ,移动的速度遵循v∝ (F Fσ) β 的规律。电荷密度波、磁畴璧、地震波、超导涡线及多孔介质中流体等运动的普遍规律是此理论研究的初期对象。它能说明各种临界指数 (包括分维 )的物理来源及它们之间的关系。位错是已滑移和未滑移面的交界线 ,裂纹前沿是已开裂和未开裂面的交界线。它们的运动也应该属于这个理论涉及的范畴。近年在PRL中已有 1 0多篇论文涉及断裂。不过 ,他们没有和金属物理经常探讨的组织结构联系 ;而力学性质又是缺陷和组织结构敏感的性质 ;和断裂力学也联系得不好 ,考虑裂纹尖端的不均匀应力分布不够 ;因此 ,进展不太理想。Karder Parisi Zhang(张翼成 ) (KPZ)方程是一个引入了非线性项的随机偏微分方程。它的应用面很广。如果只考虑淬致无序 ;KPZ方程成为 :ht =F+ν 2 h+ λ2 ( h) 2 + η(x ,h) ( 1 )尽管理论的发展正在考虑介质的各向异性问题 ;但是 ,早期的工作都是把F视为常量的。显然 ,这对于具有不均匀组织结构的介质和考虑裂纹尖端应力场的奇异?

用正电子湮没技术研究Zr和Nb在TiAl合金中的行为

测量了TiAl,Ti50 Al4 8Zr2 和Ti50 Al4 8Nb2 的正电子寿命谱 ,并利用正电子寿命参数分别计算了合金基体和缺陷态的自由电子密度。TiAl合金基体的自由电子密度比金属Ti和金属Al基体的低 ,当Ti和Al组成TiAl合金时 ,Ti原子和Al原子的部分价电子被局域化 ,TiAl合金中金属键和共价键共存。TiAl合金晶界缺陷的开空间较大 ,晶界缺陷处的自由电子密度较低 ,金属键结合力较弱 ,材料易发生沿晶脆断。在TiAl合金中分别加入Nb和Zr元素 ,合金基体和晶界的自由电子密度升高 。

Fe-Al系金属间化合物中的微观缺陷和电子密度

对二元Fe-Al合金,含Cr和Si的Fe3Al合金的正电子寿命谱侧量表明:随着二元 Fe-Al合金Al含量的增加,空位浓度增加,微孔洞的开空间增大,在Al含量高于40%(原子分数)的 B2-FeAl合金中存在着较高的空位浓度和开空间相当于Fe中10-15个空位聚集体的微空洞,在B3-FeAl和D03-Fe3Al合金中,晶格中最邻近的Fe－Al原子对之间发生Fe d-Alp杂化作用,Al的3p电子与Fe的3d电子被局域化并形成共价键,导致合金中的自由电子密度降低,二元Fe-Al合金中的平均电子密度随着Al含量的增加而下降,用Cr元素对Fe3Al进行合金化,合金基体和晶界处的自由电子密度均增加;而加入Si元素,合金基体和晶界处的自由电子密度均减小,讨论了Fe-Al合金的微结构对其力学性能的影响。

用正电子湮没技术研究不同化学成分的二元TiAl合金中的微观缺陷

测量了铝含量从 4 7at%到 5 3at%的二元TiAl合金的正电子寿命谱。结果表明 :所有测试合金晶界缺陷的开空间均大于金属Al单空位的开空间。富Al的TiAl合金 ,其晶界缺陷的开空间随Al含量的增加而增大 ;晶界处的电子密度随Al含量的增加而降低。富Ti的TiAl合金 ,随着Ti含量的增加 ,其晶界 (或相界 )缺陷的开空间减小 ,晶界处的电子密度增高 ,使得晶界结合力增强。富Ti的TiAl合金中形成了α2 (Ti3Al) +γ(TiAl)层状结构双相组织使相界面增多 ,导致正电子陷阱数增加。讨论了合金的微观结构对其力学性能的影响。

深度轧制细化工业纯铁晶粒

利用常用的轧制设备,采用热轧与冷轧及热处理相结合,提出了深度轧制工业纯铁和制备块体纳米晶工业纯铁的方法.经X射线衍射(XRD)分析,深度轧制后的样品在300℃回复7h,表层晶粒尺寸为38.9nm;透射电镜(TEM)分析表明,板材内部的晶粒尺寸为87.5nm.采用该方法可制备出大块、无孔隙缺陷的纳米晶工业纯铁,且晶粒的热稳定性较好.

Cr和Mo对Fe_3Al合金中微观缺陷和电子密度的影响

测量了二元Fe3Al及合Cr或Mo的Fe3Al合金的正电子寿命谱参数，计算了合金基体和缺陷处的价电子密度。实验结果表明，Al和Fe结合形成Fe3Al合金时，Al原子提供价电子与Fe原子的3d电子形成局域的共价键。Fe3Al合金中金属键和共价键共存。Fe3Al合金晶界缺陷的开空间大于Fe空位或Al空位的开空间，晶界缺陷处价电子密度比基体低，晶界的键合力较弱。在Fe3Al合金中加入Mo，降低了合金中的有序度，使晶界缺陷的开空间变小．但由于Mo原子半径比Fe大，当它取代Fe后，晶格发生畸变，体积增大，导致合金基体的价电子密度降低。在Fe3Al合金中加入Cr，合金基体和晶界的价电子密度都升高，金属键合力增强。Cr元素对改善Fe3Al合金的脆性有利。

用微合金化和宏合金化改变Ni_3Al合金的晶界结构

测量了二元多晶Ｎｉ３Ａｌ．含Ｂ．含Ｚｒ、Ｆｅ和含Ｈｆ、Ｆｅ的Ｎｉ３Ａｌ合金的ｅ＋寿命谱。在Ｎｉ３Ａｌ合金中加入Ｂ，Ｂ原子强烈地偏聚到Ｎｉ３Ａｌ合金的晶界上．使该处的价电子浓度与基体中的相近。含Ｚｒ、Ｆｅ和含Ｈｆ、Ｆｅ的Ｎｉ３Ａｌ合金的τ２都比二元Ｎｉ３Ａｌ的小．且以含Ｚｒ、Ｆｅ的τ２最小．表明在Ｎｉ３Ａｌ合金中加入Ｚｒ、Ｆｅ（或Ｈｆ，Ｆｅ）可增加合金中的金属键成分．使晶界处参与形成金属键的自由电子浓度增加，改善了晶界结构。

用正电子湮没技术研究Ni－20Al－30Fe合金中的缺陷组态

测量了铸态、热轧和定向结晶三种不同工艺的Ｎｉ－２０Ａｌ－３０Ｆｅ的ｅ＋寿命谱：ｅ＋这三种试样的缺陷中的寿命十分相近．说明ｅ＋在该合金的空位、应错和晶界中的寿命相近．合金晶界缺陷处的自由电子密度和空位处的相当。在ＮｉＡｌ合金中加入Ｆｅ元素后．改善了合金的晶界结构．

大角度晶界的正电子湮没研究

从两态捕获模型出发,导出了正电子平均寿命与晶粒大小之间的关系,并且预言了晶界正电子饱和捕获效应的存在。在实验上,通过对Zn-22wt％Al合金大角度晶界正电子捕获效应的观察,验证了上述关系,并对大角度晶界正电子捕获效应的一般情况予以讨论。

周长-面积关系及分形维数的计算机模拟

本文利用分形理论中周长-面积关系的基本概念,对初始形状为三角形的不同大小的Koch曲线围成的岛,模拟了不同条件下,测量D值的变化规律,并进一步指出应用这一关系所应满足的条件及实际测量中有限层次的影响。

用正电子湮没技术研究稀土对16Mn钢回复过程的影响

应用正电子湮没多普勒展宽技术研究了含不同稀土量的16Mn钢的回复过程。实验结果表明,稀土元素的存在使S参数迅速下降,这可能是由于稀土元素对间隙杂质原子的吸引减少了杂质原子对位错的封锁以及稀土对钢质的净化作用所致。在再结晶温度下,湮没特征表现为连续回复过程。

用正电子湮没技术研究硼在Ni_3Al中的存在形式

本文用正电子湮没技术(PAT)研究了不同硼含量的单晶和多晶Ni_3Al中硼原子的存在形式。在Ni_3Al合金中加入少量硼(≤1.37％)时,一部分硼原子以间隙方式溶解到基体中,使晶格发生畸变,导致基体中正电子寿命(τ)增长;另一部分硼偏聚到空位型缺陷上,产生“填充效应”,导致平均寿命■和S参数下降。硼量为2.22at.-％时,缺陷态的τ显著增长,■和S参数增大,表明在晶界成晶内析出硼化物,诱发了较多的自由体积较大的缺陷。

纳米碳中的微观缺陷结构特征

测量了定向石墨和纳米碳的正电子寿命谱。结果表明，热解法制备的纳米碳存在开空间小于单空位的自由体积以及开空间相当于约１０个空位聚集体的微孔洞。比较了热解法制备的纳米碳、ＵＦＰ冷压法制备的纳米Ｆｅ和纳米ＴｉＯ２以及非晶晶化法制备的纳米ＮｉＰ的缺陷结构特征，结果为纲米ＮｉＰ中缺陷的电子密度最高，纳米Ｆｅ和纳米ＴｉＯ２的次之，纳米碳的最低；纳米碳中的缺陷浓度最高，纳米Ｆｅ和纳米ＴｉＯ２的次之，纳米ＮｉＰ的最低。

氢对Ni_3Al合金中微观缺陷的影响

对二元Ｎｉ３Ａｌ和含０．５２ａｔ．％Ｂ的Ｎｉ３Ａｌ合金样品进行电解充氢，并测量其ｅ＋寿命谱。结果可见，ｅ＋在合金缺陷中的寿命最初随充氢时间的增加而下降，随后达到一个最小值，接着随充氢时间的增加而增加。含０．５２ａｔ．％Ｂ的Ｎｉ３Ａｌ合金比二元Ｎｉ３Ａｌ合金的氢效应程度小。这说明加入少量的硼可提高Ｎｉ３Ａｌ合金的抗氢能力。

块状LaNi_5基纳米合金的正电子湮灭研究

利用高温高压技术,在不同的压力和温度(～4.5GPa,～800℃)下将LaNi5基快淬合金粉直接压制成了块状纳米晶合金。X射线衍射分析表明,高压使其晶粒内部发生了明显的压致晶粒碎化,其平均晶粒尺寸在4.5GPa下从75.5nm降至24.6nm。利用正电子湮灭技术研究了这种晶粒碎化效应对纳米合金内部缺陷结构的影响。测试结果表明,在高温高压的作用下,由于界面上原子的迁移和弛豫加剧,导致晶界上尺寸较大的微孔隙缺陷逐渐转化为尺寸较小的自由体积缺陷,使得纳米合金的致密度逐渐增强,显微硬度逐渐升高,从而在高温高压下得到致密的块状纳米合金材料。