多晶材料缺陷预熔化过程的位错结构演化

摘要

多晶体材料的预熔的演化问题的研究是逐渐增多的，晶界的预熔可以改变多晶材料的宏观性质，由此引起了科学家的关注。然而晶界仅有几个原子层厚，通过精确的控制材料的微结构可以提高其性能，不仅可以清楚的理解晶体材料的微观缺陷，而且也能了解缺陷对其性能的影响。所以为了观察到这些较细微的微观的现象，人们通过实验和计算机模拟两种方式来研究预熔的微观结构。由于实验观条件有限，外在影响因素很多，还有成功率要很高，以至于在现有实验条件下很难观察到细节的变化。所以研究者通过实验手段来研究在微观层次下材料的微结构的演化特征不是唯一的手段，还需要借助计算机模拟来解决实验上不能解决的一些问题问题。就出现多很实用的计算方法，如分子动力学方法、蒙特卡洛法、相场方法等。与其它方法比较，是因为晶体相场法不仅能描述原子尺度结构，还有大的扩散时间尺度。
　　多晶体的金属材料是现在使用的大部分材料，在加工过程中使其受到各种作用，例如挤压变形，高温等等。而这些改变影响了材料内部结构的变化。所以本文采用晶体相场法研究纯物质的多晶体材料，例如Cu，研究温度在固-液共存区域下的倾侧晶界，预熔区域的结构转变机理及其应力作用下的位错运动过程及其现象，研究预熔区域与错件弹性相互作用等，得出如下结论:
　　(1)对于不同温度下的小角度晶界模拟，可以看出，当系统温度处于低温时，晶界处两组类型位错伯格矢量之间的角度为60°，并且每对位错边缘位错的Burgers的角度也是60°。对于没有应变的施加，晶界周围的晶格位错在高温下出现熔化现象;预熔温度就越容易接近熔点温度，其预熔现象越明显，并且在该区域中发生晶格原子软化越显着。
　　(2)对样品为0，2度取向角样品进行的高温预熔，并施加外力，发现晶界处的晶格位错滑动，但是滑移表面由于局部应力变化而改变，使得生成的亚晶界和新晶粒，新旧晶粒相互吸引并最终湮灭，使四个晶体变成完整的单晶。
　　(3)取向角为0，4度的高温预熔化样品，施加外力，出现了位错对的萌生、形核、和增殖，位错对的滑移、攀移和湮灭，一系列现象由此引起了位错的Burgers的方向发生改变，预熔化区内部的原子晶格变软是这阶段的主要实质，让相互靠的很紧的位错发生滑移和扭转，引起位错内部发生不同类型的位错反应，预熔化区的原子存在两个滑移方向，这些与原子位错运动，温度和应变密切相关。
　　(4)研究高温应变下的位错组态、位错的增殖和湮灭过程的演变中发现:在温度接近固液共存点下使局部晶界发生预熔，应变下的软化晶体相域容易发生增殖，使得位错通过滑移后容易被旋转和湮灭。在把应变速率施加到多晶材料样品上时可发现，因为在晶界处位错发生滑移需要克服晶界做功，以至于在晶界处位错先发生攀移运动，应率越大，攀移越快。
　　(5)改变应变率后，晶界迁移与位错运动的速率变快，材料晶粒内部容易产生更高的位错密度，有利于晶粒的细化。

目录

声明

摘要

1．1 引言

1．2 多晶体材料预熔及现状

1．3 材料预熔的数值模拟研究现状

1．4 数值计算方法的比较

1．5 问题的提出与研究内容

2．1 引言

2．2 晶体相场模型的

2．2．1 自由能的无量纲化

2．2．2 单模近似解

2．3 应力施加过程

2．4 本章小结

第三章 晶体相场法模拟温度和取向角对预熔的影响

3．1 引言

3．2 设置样品的参数

3．3 预熔化样品的组织形貌

3．3．1 样品为0，2度角时晶界形貌

3．3．2 样品为0，4度角时晶界形貌

3．4 取向角的改变对多晶预熔的影响

3．4．1 样品为0，2度取向角的模拟与分析

3．4．2 样品为0，4度取向角的模拟与分析

3．5 本章小结

第四章 应变率大小的改变对多晶材料位错的演化研究

4．1 引言

4．2 样品的参数设置

4．3 应变速率的改变对多晶材料位错的影响

4．3．1 对样品F1施加大的应变时的样品分析

4．3．2 对样品F2施加小的应变率时的样品分析

4．4 本章小结

第五章 总结

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文