单晶铱取向有关的拉伸变形行为的原子尺度模拟（英文）

单晶铱与其它面心立方金属相比表现出反常的变形行为,其本征变形断裂机制仍存在争议。本文进行分子动力学模拟研究了单晶铱在1K下沿[100]、[110]和[111]取向的拉伸变形行为。研究结果表明:单晶铱在3个取向应力-应变曲线上的变形行为差异明显。由于变形机制不同,包括弹性模量、屈服强度、抗拉强度以及延伸率在内的力学性能在几个拉伸取向上或多或少存在差异。在拉伸载荷作用下,[100]取向单晶铱变形主要通过位错滑移还有少量空位聚集;[110]取向的塑性变形由堆垛层错引起;而[111]取向单晶铱断裂前产生的塑性变形量很少。

铱单晶的纳米压痕尺寸效应研究

采用纳米压痕技术和原子力显微镜对铱（Ir）单晶（100）和（110）取向的载荷-位移曲线、弹性模量、压痕形貌、压痕硬度-加载深度等进行了研究.结果表明,Ir（100）与Ir（110）单晶的弹性模量分别为477 和493 GPa;加载深度为10~2500 nm 时,Ir 单晶的纳米压痕硬度存在压痕尺寸效应,在10~500nm 时表现更为强烈,表明随着加载深度的增加,单晶材料的硬度减小;基于Nix-Gao 模型,计算出Ir（100）和Ir（110）单晶的纳米硬度H0 分别为2.32 和2.46 GPa,当加载深度分别大于4910 和5220 nm时,Ir 单晶的纳米硬度不存在尺寸效应,可作为金属铱硬度测试的重要依据;采用硬度和深度的幂律关系计算出Ir（100）和Ir（110）单晶的尺寸效应因子（m）分别为0.44 和0.48,该值远远大于其他金属和半导体材料,这种反常现象可能与铱原子间的异常强的交互作用有关.

单晶铱纳米压痕下位错形核与形变研究

对(100)和(110)不同面的铱单晶进行了纳米压痕实验,拟合计算得到(100)与(110)面上铱单晶位错激活体积分别为1.09×10^(-3)nm^3、1.23×10^(-3)nm^3,证明该实验条件下位错来源于点缺陷的非均质形核;如果位错为均质形核,则位错激活能需达到60.57eV,激活半径达到1.971nm。在对(100)和(110)面的塑性变形中位错密度进行分析时,发现它们变形后位错密度在10^(14)m^(-2)左右,没有出现铱单晶变形后位错密度呈指数级增加的情况;金属铱发生脆性断裂或许因为铱中极小的位错激活体积导致铱产生大量的位错源及位错间剧烈的交互作用。

纳米尺寸下铱单晶微柱的力学行为

本文采用聚焦离子束法(Focused Ion Beam,FIB)对<110>取向铱(Ir)单晶进行切割,加工出直径为400~3000nm的微柱样品,随后在带有平压头的纳米压痕仪上进行压缩试验来研究其力学行为。Ir单晶微柱压缩的工程应力-应变曲线表明,流变应力随着微柱直径的减小而增加,即存在"尺度效应",且流变应力与微柱直径符合幂律关系,同时工程应力-应变曲线上出现了离散的"应变陡增",利用"位错匮乏"机制能够对这种现象进行较好的解释。微柱压缩变形后的扫描电镜(SEM)图像表明微柱的滑移方式为多滑移,并且滑移与微柱直径相关。

纳米级铱单晶不同温度拉伸的分子动力学解析

针对面心立方金属铱单晶独特的韧脆变形特征,采用分子动力学方法研究了纳观尺度下的铱单晶在不同温度下的拉伸变形行为。通过分析不同温度拉伸过程中的应力应变关系,势能变化和原子构型图,认为随着温度的上升,纳米级铱单晶沿[100]晶向的弹性模量逐渐下降,抗拉强度也逐渐降低。温度为300 K时拉伸变形过程中在晶体内仅有少量空位和位错产生,600和800 K拉伸变形过程中在晶体内有滑移,位错和空位产生。

铱单晶纳米线在不同应力状态下的变形行为

基于分子动力学模拟方法计算了铱单晶纳米线在室温下的拉伸和压缩变形行为。计算结果表明,铱单晶纳米线在拉伸和压缩时的力学性能均存在尺寸效应。铱单晶纳米线的拉伸和压缩变形行为具有非对称性,在拉伸条件下其伸长率为14%,而在压缩条件下表现出较好的塑性,在压缩过程中有堆垛层错产生,压缩应变达到0.499后模型还未发生断裂。