金屬銅中輻照損傷的分子動力學(xué)模擬.pdf

1、材料在強輻射條件下的輻照損傷行為是安全應(yīng)用核技術(shù)的關(guān)鍵因素之一，輻照誘發(fā)的點缺陷經(jīng)過長時間的演化和積累，會對材料的宏觀性能造成嚴(yán)重的影響，最終導(dǎo)致材料失效。研究材料的輻照損傷過程及輻照后的力學(xué)性能變化對設(shè)計制造抗輻照材料具有重要的指導(dǎo)意義。本文通過分子動力學(xué)模擬研究了金屬銅在輻照損傷初級階段的級聯(lián)碰撞過程，以及輻照后在動靜態(tài)加載下的力學(xué)響應(yīng)。
　　首先根據(jù)級聯(lián)碰撞過程的特殊性，對現(xiàn)有的EAM勢函數(shù)進行了改進，加入了適合級聯(lián)碰撞模擬

2、的ZBL勢函數(shù)。然后采用改進后的勢函數(shù)研究了彈性預(yù)應(yīng)變場中的級聯(lián)碰撞過程。在單軸拉伸作用下，輻照不僅能導(dǎo)致點缺陷的產(chǎn)生，還能誘發(fā)位錯、層錯、孿晶、空洞等塑形變形發(fā)生。孿晶的形成是由于相互錯開的層錯的重疊;而空洞的產(chǎn)生則是源于液體在拉伸作用下的空化現(xiàn)象。在確定的預(yù)應(yīng)變條件下，塑形變形的產(chǎn)生依賴于初級離位原子的能量。
　　本文研究了∑3<110>傾斜晶界與級聯(lián)碰撞的相互作用。晶界具有明顯的偏向吸收間隙原子的特性，而使材料內(nèi)部殘余大量的

3、空位。晶界對間隙原子的吸收效率隨著初級離位原子到晶界面距離和晶界傾斜角的變化而變化。當(dāng)級聯(lián)區(qū)與晶界面重疊時，輻照會導(dǎo)致晶界遷移的出現(xiàn)，源于熱峰區(qū)域的再結(jié)晶和同時發(fā)生的非對稱晶粒生長。
　　完美單晶銅在輻照后，屈服應(yīng)力（屈服應(yīng)變）下降，是由于間隙原子造成了結(jié)構(gòu)畸變和應(yīng)力集中，降低了位錯成核的臨界應(yīng)力。材料的楊氏模量隨著缺陷對濃度的增加而降低，二者呈線性關(guān)系。屈服應(yīng)力（屈服應(yīng)變）具有類似趨勢，但并不呈線性關(guān)系。
　　本文還研究了

4、嬗變氦泡對材料沖擊響應(yīng)的影響。沖擊加載下，氦泡內(nèi)壓能起到阻止氣泡塌陷的作用，但近表面的氦泡可能發(fā)生破裂，噴射出高速運動的氦原子和銅原子。當(dāng)氦原子聚集到一定程度，沒有加載的情況下，氦泡也能發(fā)生破裂，在材料表面留下凹坑。沖擊加載下，這些缺陷能形成射流。射流的速度、形態(tài)等參數(shù)受缺陷的結(jié)構(gòu)（幾何結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)）所影響。
　　本文的研究結(jié)果可對近年來報道的輻照下的空洞生長、晶界遷移等實驗現(xiàn)象做出相應(yīng)的解釋，并對未來核材料的開發(fā)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和