辐照条件下ZrO2中点缺陷时空演化的分子动力学模拟

基于分子动力学方法,利用Buckingham势描述原子间的相互作用,使用Ziegler-Biersack-Littmark(ZBL)库仑屏蔽势修正近程力,积分过程中采用自适应步长,使用Wigner-Seitz方法判别缺陷,研究了不同种类、方向、能量的初始撞出原子(primary knock-on atom,PKA)作用下,ZrO2中点缺陷的时空演化特性。结果表明,在弹道阶段、离位峰阶段和稳定阶段中,O缺陷数始终大于Zr缺陷数。与Zr-PKA作用相比,原子序数较小的O-PKA作用下缺陷产生速率较小,缺陷数峰值较小,空间分布不集中;PKA以不同方向入射时,在ZrO2中产生的缺陷数峰值不同,损伤呈现出各向异性,但缺陷数稳态值相差不大;PKA能量增大,级联碰撞时间增长,缺陷数增多。在级联碰撞作用下,ZrO2的晶体结构没有改变,仅产生了孤立的点缺陷及尺寸较小的点缺陷簇,表现出优异的抗辐照性能。