鈦輻照損傷中溫度效應(yīng)及晶界作用計算研究.pdf

1、核結(jié)構(gòu)材料的輻照損傷失效行為是制約核電發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)問題之一，輻照誘發(fā)點缺陷經(jīng)過長期的演化和積累會對材料的宏觀性能造成嚴重的影響，最終使材料失效?！盁岱濉迸c“離位峰”對材料中輻照誘發(fā)缺陷的演化及分布有非常中要的影響，研究表明材料中的晶界對于提高材料的抗輻照性能有很重要的作用，然而在很多研究中只是定性的給出了“熱峰”和“離位峰”區(qū)域大小及分布，而且人們對晶界對輻照誘發(fā)點缺陷的吸收機理也沒有給出一致而確切的結(jié)論，因此對這些問題進行深入研究對

2、于理解材料的輻照損傷行為非常有必要。
　　本文采用了根據(jù)級聯(lián)碰撞特點調(diào)整后的分子動力學方法，模擬了hcp-Ti的中子輻照損傷行為，分析了不同條件下輻照誘發(fā)點缺陷形成及演化規(guī)律，重點通過輻照損傷溫度效應(yīng)探討了“熱峰”和“離位峰”區(qū)域大小及原子分布情況，并根據(jù)晶界區(qū)域固有缺陷深入研究了不同結(jié)構(gòu)晶界與輻照誘發(fā)點缺陷的交互作用。
　　單晶體系缺陷形成演化研究主要得出以下規(guī)律:a）hcp-Ti在輻照損傷過程中有較強的缺陷復(fù)合能力，PK

3、A能量大于離位閾能時體系內(nèi)也不一定產(chǎn)生Frenkel缺陷對，離位閾能值存在著非常明顯的各向異性特點，結(jié)果表明在原子密排方向離位閾值最小，而且隨溫度升高，不同方向的離位閾值有減小的趨勢;b）較高的溫度條件下，有更多的離位原子能夠運動到離初始位置較遠的地方，傾向于形成更多的穩(wěn)定Frenkel缺陷對，缺陷演化分析結(jié)果也表明，溫度升高穩(wěn)定缺陷數(shù)有增加的趨勢;c）穩(wěn)定狀態(tài)下體系缺陷團簇分析發(fā)現(xiàn)，hcp-Ti體系中相同條件下間隙原子團簇分數(shù)明顯要高

4、于空位團簇分數(shù)，溫度對間隙原子團簇數(shù)量及大小都有很大的影響，但是對空位團簇分數(shù)影響不大。
　　輻照過程中溫度效應(yīng)研究表明，級聯(lián)碰撞階段在0.4ps左右基本結(jié)束，小立方體模型分析方法比球殼模型分析方法能夠更加準確的分析出體系內(nèi)溫度場的分布、熔化區(qū)域大小和持續(xù)時間，結(jié)果顯示熔化區(qū)域大小和持續(xù)時間與PKA能量和溫度增加而增加;原子徑向分布函數(shù)分析結(jié)果表明熔化區(qū)域存在明顯的液化現(xiàn)象。
　　晶界作用研究體系主要包括兩部分:雙晶體系和多

5、晶體系，雙晶體系研究結(jié)果顯示，Σ38<0001>{7180}晶界和Σ2<0001>{1120}晶界的晶界區(qū)域可以分別用位錯模型和空位來描述，位錯的點缺陷阱模型和空位與點缺陷相互作用特點可以很好的對這兩種晶界在輻照穩(wěn)定階段晶粒內(nèi)空位與間隙原子隨PKA原子距晶界中距離d變化特點給出解釋;輻照過程中空位組成的晶界比位錯組成的晶界對高能量原子的阻礙作用更強，溫度升高會削弱晶界對高能原子的阻礙作用;多晶體系分析結(jié)果表明，三個晶粒連接處最容易受到輻