Evolution of defects and deformation mechanisms in different tensile directions of solidified lamellar Ti-Al alloy

Two-phase γ-TiAl/α₂-Ti₃Al lamellar intermetallics have attracted considerable attention because of their excellent strength and plasticity. However, the exact deformation mechanisms remain to be investigated. In this paper, a solidified lamellar Ti-Al alloy with lamellar orientation at 0°, 17°, and 73° with respect to the loading direction was stretched by utilizing molecular dynamics (MD) simulations. The results show that the mechanical properties of the sample are considerably influenced by solidified defects and tensile directions. The structure deformation and fracture were primarily attributed to an intrinsic stacking fault (ISF) accompanied by the nucleated Shockley dislocation, and the adjacent extrinsic stacking fault (ESF) and ISF formed by solidification tend to form large HCP structures during the tensile process loading at 73°. Moreover, cleavage cracking easily occurs on the γ/α₂ interface under tensile deformation. The fracture loading mechanism at 17° is grain boundary slide whereas, at 73° and 0°, the dislocation piles up to form a dislocation junction.     

碳纳米管包裹的硅纳米线复合结构的热稳定性研究

采用经典分子动力学方法模拟一定直径[111]晶向的硅纳米线填充不同扶手椅型单壁碳纳米管复合结构的加热过程, 通过可视化和能量分析的方法判断复合结构中硅纳米线和碳纳米管的热稳定性. 通过讨论碳纳米管的空间限制作用和分子间相互作用力的关系, 对碳纳米管和硅纳米线的热稳定性变化进行初步解释. 研究发现碳纳米管中硅纳米线的热稳定性和碳纳米管的直径关系密切: 当管径较小时, 硅纳米线的热稳定性有所提高, 当管径增大到一定大小时, 硅纳米线的热稳定性会突然显著地下降, 直到硅纳米线与管壁不存在分子间相互作用力, 硅纳米线的热稳定性才会恢复. 而硅纳米线填充到碳纳米管中对碳纳米管的热稳定性有着明显的降低作用.     

基于灰色马尔科夫模型的团簇数量演变预测方法

本文以分子动力学方法模拟液态Si的凝固过程为基础,首次建立基于马尔科夫修正的灰色预测模型对不同团簇的演变过程进行分析,利用该模型对液态Si降温过程中团簇数量的变化进行预测.结果证实应用灰色马尔科夫模型在对团簇结构的演变预测是可行的,采用马尔科夫链预测方法能提高预测结果的准确性,该方法能有效描述凝固过程中团簇的形成和演变的整体变化规律,为研究材料微观结构演变提供了一种新的思路和方法 .     

GaAs晶体在不同应变下生长过程的分子动力学模拟

GaAs晶体的高质量生长对于制造高性能高频微波电子器件和发光器件具有重要意义.本文通过分子动力学方法对GaAs晶体沿[110]晶向的诱导结晶进行模拟,并采用最大标准团簇分析、双体分布函数和可视化等方法研究应变对生长过程和缺陷形成的影响.结果表明,不同应变条件下GaAs晶体的结晶过程发生显著变化.在初始阶段,施加一定拉应变和较大的压应变后,体系的晶体生长速率发生降低,且应变越大,结晶速率越低.此外,随着晶体的生长,体系形成以{111}小平面为边界的锯齿形界面,生长平面与{111}小平面之间的夹角影响固液界面的形态,进而影响孪晶的形成.施加拉应变越大,此夹角越小,形成孪晶缺陷越多,结构越不规则.同时,体系中极大部分的位错与孪晶存在伴生关系,应变的施加可以抑制或促进位错的形核,合适的应变甚至可以使晶体无位错生长.本文从原子尺度上研究GaAs的微观结构演化,可为晶体生长理论提供理论指导.     

压强对液态InGaAs快速凝固过程中微观结构变化的影响

采用分子动力学方法模拟不同压强下液态InGaAs的快速凝固过程,并采用径向分布函数、键角分布函数、配位数统计以及可视化等方法,从微观结构的不同层面分析了压强对凝固过程微观结构的影响机制.结果表明:对于InGaAs体系,压强对最近邻和次近邻的原子排布都有影响,但对次近邻原子排列的影响更为明显,通过次近邻原子键角的调整,使得原子排列更加紧密,体系的短程有序度增强.在原子的配位数结构上,随着压强的增加,部分三配位向四配位发生转变,从而使整个体系达到致密的结构.     

两种势下硅锗合金熔体快速凝固过程的分子动力学模拟

分别采用S-W势和Tersoff势来描述硅锗原子间相互作用，运用分子动力学方法对比模拟研究了硅锗合金熔体的快速凝固过程。通过对径向分布函数、静态结构因子、键角分布函数、配位数、Voronoi多面体以及宏观密度的研究，综合对比发现，Tersoff 势和S-W势相比更适合描述硅锗合金的快速凝固过程。     

两种势下硅锗合金熔体快速凝固过程的分子动力学模拟

分别采用S-W势和Tersoff势来描述硅锗原子间相互作用,运用分子动力学方法对比模拟研究了硅锗合金熔体的快速凝固过程。通过对径向分布函数、静态结构因子、键角分布函数、配位数、Voronoi多面体以及宏观密度的研究,综合对比发现,Tersoff 势和S-W势相比更适合描述硅锗合金的快速凝固过程。     

液态Ca7Mg3合金快速凝固过程中团簇结构的形成特性

采用分子动力学方法对液态Ca7Mg3合金凝固过程中团簇结构的形成特性进行了模拟研究. 采用双体分布函数、Honeycutt-Andersen(HA)键型指数法、原子团类型指数法(CTIM)以及遗传跟踪等方法对凝固过程中团簇结构的形成演变特性进行了分析. 结果表明: 在以冷速为1×1012 K·s-1 的快速凝固条件下, 系统形成以1551、1541、1431键型为主的非晶态结构; 二十面体基本原子团(12 0 12 0)在快速凝固过程中对非晶态结构的形成起决定性作用; 在合金凝固过程中, 团簇的稳定性不仅与构成团簇的基本原子团类型有关, 还与中心原子类型以及中心原子之间的连接方式有关. 由于(12 0 12 0)基本原子团能量较低并且在低温具有较好的遗传特性, 基本原子团之间很容易连接在一起组成更大的团簇. 所形成的团簇结构显著不同于那些由气相沉积、离子溅射等方法所获得的团簇结构.     

基于灰色马尔科夫模型的团簇数量演变预测方法

本文以分子动力学方法模拟液态Si的凝固过程为基础,首次建立基于马尔科夫修正的灰色预测模型对不同团簇的演变过程进行分析,利用该模型对液态Si降温过程中团簇数量的变化进行预测。结果证实应用灰色马尔科夫模型在对团簇结构的演变预测是可行的,采用马尔科夫链预测方法能提高预测结果的准确性,该方法能有效描述凝固过程中团簇的形成和演变的整体变化规律,为研究材料微观结构演变提供了一种新的思路和方法。     

不同冷速下SiGe纳米液滴快速凝固过程中的微观结构演变

采用分子动力学方法模拟了7种不同冷速下Si50Ge50纳米液滴快速凝固过程,利用双体分布函数、原子平均能量、最大标准团簇分析法、键角分布函数、二面角分布及可视化方法等对体系微观结构的演变进行了分析。研究结果表明: 当冷速R≥1×1010 K/s时,系统形成非晶态结构; R≤5×109 K/s时,系统形成以闪锌矿和纤锌矿结构相互嵌套的近似球形的纳米晶体,且纳米液滴起始结晶温度随冷速降低而降低。