晶體相場法模擬應(yīng)力作用下位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)過程.pdf

1、晶體相場方法是近年來新發(fā)展起來的一種先進(jìn)多尺度數(shù)值模擬方法，既可以描述納米尺度的原子點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，又可以描述10-12～10-6s量級(jí)時(shí)間尺度的原子以及缺陷的運(yùn)動(dòng)特征。因此，在研究材料微結(jié)構(gòu)演化領(lǐng)域具有巨大優(yōu)勢。由于該方法引入的自由能函數(shù)包含多晶取向、彈塑性形變等能夠反映晶體周期結(jié)構(gòu)的物理特性，現(xiàn)已被廣泛的應(yīng)用到位錯(cuò)遷移、孿晶生長、超導(dǎo)體中的渦旋晶格、磁性薄膜等領(lǐng)域的研究中，具有深刻的物理含義。周期性體系中的塑性流動(dòng)是由線缺陷或者位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)

2、調(diào)節(jié)的，研究這一過程的缺陷運(yùn)動(dòng)，最大的挑戰(zhàn)是如何將獨(dú)立的位錯(cuò)與體系微觀性能聯(lián)系起來。目前，真實(shí)實(shí)驗(yàn)還不能做到對刃位錯(cuò)遷移過程的實(shí)時(shí)觀測，而已有的微觀模擬實(shí)驗(yàn)對這方面內(nèi)容的研究仍不多見。因此本文采用先進(jìn)的晶體相場法，針對二維六角晶格體系研究刃型位錯(cuò)在剪切應(yīng)變作用下的滑移和壓縮應(yīng)變作用下的攀移運(yùn)動(dòng)，充分揭示了位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)過程的基本特性和作用機(jī)理。首次研究了位錯(cuò)滑移和攀移運(yùn)動(dòng)中有關(guān)應(yīng)變率、過冷度、原子半徑對位錯(cuò)動(dòng)力學(xué)行為的影響，并從位錯(cuò)遷移速度和

3、體系能量變化的角度對刃型位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)機(jī)制進(jìn)行分析，取得的主要的研究成果和創(chuàng)新工作如下:
　　 1.針對包含單一刃型位錯(cuò)的六角固相體系施加外部應(yīng)力，揭示了過冷度、應(yīng)變率對刃型位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的影響規(guī)律。具體表現(xiàn)在:演化前期，無論是刃型位錯(cuò)的滑移還是攀移，運(yùn)動(dòng)速度均較慢，演化中后期隨著應(yīng)力的平穩(wěn)施加，刃型位錯(cuò)保持勻速運(yùn)動(dòng)狀態(tài);刃型位錯(cuò)滑移速度隨著體系過冷度的增加而減小;刃型位錯(cuò)滑移速度和體系平均剪切應(yīng)變隨著剪切應(yīng)變的增大而增大;刃型位錯(cuò)攀移速度

4、隨著體系過冷度的增加而變快;隨著壓縮應(yīng)力的增大逐漸加快。
　　 2.研究發(fā)現(xiàn)，多個(gè)刃型位錯(cuò)在體系內(nèi)應(yīng)力作用下發(fā)生位錯(cuò)反應(yīng)，位錯(cuò)間彼此相互作用的結(jié)果是使體系趨于最穩(wěn)定的完整規(guī)則點(diǎn)陣結(jié)構(gòu);反應(yīng)前后，刃型位錯(cuò)柏氏矢量和保持守恒。
　　 3.通過詳細(xì)計(jì)算刃型位錯(cuò)體系的自由能，并結(jié)合原子密度場變量演化的驅(qū)動(dòng)力方程，得到體系能量總是向著最小化方向進(jìn)行的結(jié)論。另外，本文還從原子半徑的角度揭示了不同原子尺寸對刃型位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的影響，即刃