纯铜[0 1 1]倾侧型非共格∑3晶界结构稳定性分子动力学模拟研究

有研究表明, 非共格∑₃晶界的行为在中低层错能面心立方金属晶界 特征分布演化中发挥着重要作用. 为了掌握不同界面匹配的非共格∑₃晶界的特性, 本文利用分子动力学(MD)模拟方法首先研究了纯铜的[0 1 1]倾侧型 非共格∑₃晶界在700–1100 K温度范围内和常压下的结构稳定性. MD模拟采用原子间相互作用长程经验多体势, 步长为5×10^-15 s. 模拟结果表明: 所研究的五个非共格∑₃晶界, 其结构稳定性存在很大差异, 其一般规律是, 与(1 1 1)/(1 1 1)共格孪晶界之间的夹角(Φ角)越小, 晶界匹配值越大, 则非共格∑₃晶界越稳定; 反之亦然. Φ角最小的 (2 5 5)/(2 1 1)非共格∑₃晶界较稳定, 在退火过程中几乎不发生变化. 随着Φ角的增大, 非共格∑₃晶界不再稳定, 这类晶界会通过Miller指数较高一侧晶体每三层原子面合并为一层原子面 (或Miller指数较低一侧晶体每一层原子面分解为三层原子面)的机理 转变为亚稳的“台阶”状晶界, 台阶面部分地处于精确的能量极低 的{111}/{111}共格孪晶界上; 当提高温度退火时, 这种“台阶”状晶界最终会全部转变成稳定平直的{111}/{111}共格孪晶界. 关键词： 纯铜 ∑₃晶界')" href="#">非共格∑₃晶界 分子动力学模拟     

多晶凝固及后续调幅分解过程的晶体相场法模拟

采用晶体相场模型,模拟了二元合金多晶凝固及后续调幅分解全过程.结果表明,晶体相场模型可完整再现包括形核、生长、粗化、晶界形成等多晶生长过程以及圆满完成从凝固到调幅分解的多相变过程. 关键词： 晶体相场模型 多晶凝固 调幅分解 组织演化     

用双粒子模型研究微量元素与Ni在Ni3Al晶界共富集现象

双粒子模型的基础是描述原子之间相互作用势为EAM(embedded atom method)势的Monte Carlo模拟.模型建议:在Ni3Al晶界弛豫时,微量元素原子既被看作为偏析子又被看作为诱发子.作为偏析子它在晶界偏析(或富集),作为诱发子它诱发Ni原子在晶界偏析(或富集).可见本模型能解析共偏析(或共富集)现象.根据正(或诱发子)效应与负(或偏析子)效应的联合影响,模型解释了Ni在Ni3Al晶界最明显富集现象.     

考虑界面散射的金属纳米线热导率修正

理论分析了声子和电子输运对Cu, Ag金属纳米线热导率的贡献. 采用镶嵌原子作用势模型描述纳米尺寸下金属原子间的相互作用, 应用平衡分子动力学方法和Green-Kubo函数模拟了金属纳米线的声子热导率; 采用玻尔兹曼输运理论和Wiedemann-Franz定律计算电子热导率; 并通过散射失配模型和Mayadas-Shatzkes模型引入晶界散射的影响. 在此基础上, 考察分析了纳米线尺度和温度的影响. 研究结果表明: Cu, Ag纳米线热导率的变化规律相似; 电子输运对金属纳米线的导热占主导地位, 而声子热导率的贡献也不容忽视; 晶界散射导致热导率减小, 尤其对电子热导率作用显著; 纳米线总热导率随着温度的升高而降低; 随着截面尺寸减小而减小, 但声子热导率所占份额有所增加. 关键词： 纳米线 热导率 表面散射 晶界散射     

用双粒子模型研究微量元素与Ni在Ni3Al晶界共富集现象

双粒子模型的基础是描述原子之间相互作用势为EAM(embedded atom method)势的Monte Carlo模拟. 模型建议：在Ni₃Al晶界弛豫时，微量元素原子既被看作为偏析子又被看作为诱发子. 作为偏析子它在晶界偏析(或富集)，作为诱发子它诱发Ni原子在晶界偏析(或富集). 可见本模型能解析共偏析(或共富集)现象. 根据正(或诱发子)效应与负(或偏析子)效应的联合影响，模型解释了Ni在Ni₃Al晶界最明显富集现象. 关键词： 偏析子与诱发子 基体效应 在晶界共富集 晶界内聚性     

动力学晶格蒙特卡洛方法模拟Cu薄膜生长

利用动力学晶格蒙特卡洛方法模拟了Cu薄膜在Cu(100)面上的三维生长过程。模型中考虑了四个动力学过程:原子沉积、增原子迁移、双原子迁移和台阶边缘原子迁移,各动力学过程发生的概率由多体势函数确定。讨论了基底温度、沉积速率及原子覆盖率对Cu原子迁移、成核和表面岛生长等微观生长机制的影响;获得了Cu薄膜的表面形貌图并计算了表面粗糙度。模拟结果表明,随基底温度升高或沉积速率下降,岛的平均尺寸增大,数目减少,形状更加规则。低温时,Cu薄膜表现为分形的离散生长,高温时,Cu原子迁移能力增强形成密集的岛。Cu薄膜表面粗糙度随着基底温度的升高而迅速减小;当基底温度低于某一临界温度时,表面粗糙度随原子覆盖率或沉积速率的增大而增大;当基底温度超过临界温度时,表面粗糙度随原子覆盖率或沉积速率的变化很小,基本趋于稳定。     

多晶材料晶粒生长粗化过程的相场方法模拟

基于采用晶体有序化程度参量ψ和晶体学取向θ来表示多晶粒结构的相场模型,利用自适应有限元方法模拟了多晶材料等温过程中的晶粒粗化现象.模拟结果显示,在曲率作用下,通过晶界迁移弯曲晶界逐渐平直化,小晶粒逐渐被大晶粒吞并,当晶界之间的取向差较小时,满足一定能量和几何条件的两晶粒在界面能作用下会发生转动,合并为单个晶粒.模拟结果与实验结果符合较好.因此,该相场模型可以很好地用来模拟固态相变中多晶材料的生长粗化等现象. 关键词： 相场 晶界迁移 晶粒转动 粗化     

取向角对小角度非对称倾斜晶界位错运动影响的晶体相场模拟

采用晶体相场法模拟纳米尺度下小角度非对称倾斜晶界结构和位错运动,从外应力作用下晶界位错运动位置变化和晶体体系自由能变化角度,分析取向角对小角度非对称倾斜晶界结构和晶界位错运动的影响规律.研究表明,不同取向角下组成小角度非对称倾斜晶界的位错对类型相同.随取向角增大晶界位错对增加,且晶界更易形成n1n2型和n4n5型位错对.外应力作用下,不同取向角晶界位错对初始运动状态均沿晶界进行攀移运动,随体系能量积累,取向角越大出现晶界位错对分解的个数越多,且均为n1n2型和n4n5型位错对发生分解反应.不同取向角下小角度非对称倾斜晶界体系自由能曲线都存在四个阶段,分别对应位错对攀移、位错对滑移及分解、位错对反应抵消形成单晶和体系吸收能量自由能上升过程.进一步对比发现随取向角增大,晶界湮没形成的单晶体系所需时间增加.     

剪切作用下Cu(100)扭转晶界塑性行为研究

本文采用分子动力学方法研究了在剪切载荷作用下,Cu(100)扭转晶界对Cu柱屈服强度的影响.模拟结果发现,在加载过程中,低角度扭转晶界形成的位错网发生位错形核与扩展,位错之间的塞积作用提高了Cu柱的屈服强度;对于高角度扭转晶界,晶界发生滑动降低了Cu柱的屈服强度.同时发现,随着扭转角度的增加,Cu柱的屈服强度先增大,当扭转角度大于临界角度时,Cu柱的屈服应力逐渐减小.这表明剪切载荷作用下,两种不同的机理主导Cu柱的屈服,对于小于临界角度的扭转晶界,Cu柱的屈服由晶界位错形核和扩展机理主导,对于大于临界角度 关键词： 扭转晶界 分子动力学 位错形核 晶界滑移     

温度对大角度晶界变形过程影响的晶体相场法研究

应用晶体相场法研究大角度晶界在外加应力作用下温度对位错运动的影响。研究表明,大角度晶界在应力作用下会发生形状变化;当变形达到临界应变时,晶界褶皱处产生位错并发射进入晶粒内部;温度较低时,晶界处位错形核所需的临界应变更大。在应力作用下大角度晶界通过改变曲率和位错运动产生迁移,温度较高时有利于晶界迁移。     

Ti-6Al-4V合金中片层组织形成的相场模拟

Ti-6Al-4V是典型的α+β钛合金,不同热处理制度和热加工工艺下可得到形貌各异的微观组织,从而表现出不同的力学性能,深刻理解合金中微观组织的形成机制有助于合金的进一步优化和改造.采用相场方法模拟Ti-6Al-4V合金中片层组织的形成及演化,以热力学数据库和动力学数据库为输入,通过计算定量预测β晶界上已存在初生α相时合金组织随时间的演化.结果表明,在一定条件下,随着时间的延长晶界α向β晶内生长形成片层组织,片状α簇的形貌与界面能各向异性密切相关;晶界取向对片层生长有重要作用,垂直于晶界生长时产生最密集的片层,随倾斜角增大片层加厚且生长缓慢;此外,热处理温度显著改变片层组织形貌,温度越高,片层尖端生长速度越慢,片层间距越大. 关键词： Ti-6Al-4V 相场模拟 片层组织     

晶粒尺寸对掺氦纳米多晶铁机械性能影响的分子动力学模拟研究

采用分子动力学方法研究了晶粒尺寸对掺氦纳米多晶铁机械性能的影响.在拉伸形变过程中,纳米多晶铁将产生裂纹与晶格畸变,通过模拟XRD谱探索二者之间的联系.拉伸模拟结果显示,由于晶界氦原子的引入,峰值应力将显著减小.另外,在拉伸模拟中观察到,沿晶裂纹的产生与长大随着晶界氦原子的引入而增强.研究结果表明,晶界氦原子能够促进沿晶...     

B掺入Cu∑5晶界间隙位性质的第一性原理研究

本文采用第一性原理方法对清洁Cu∑5晶界与有B掺杂 到间隙位的Cu∑5晶界进 行了拉伸和压缩的模拟研究. 结果分析表明, Cu∑ 5晶界结合因B的掺入得到加强. 清洁Cu∑5晶界处因有较大空隙而存在电子密度低的区域, 晶界结合相对较弱, 在拉伸过程中晶界从其界面处开始断裂. 有B掺杂在间隙位的Cu∑5晶界电子由Cu向Cu-B间积聚, 晶界结合相对较强, 拉伸时晶界从其近邻原子层开始断裂. 在形变小于20%的压缩过程中, B的掺入未对晶界产生明显影响. 关键词： 第一性原理 Cu晶界 B掺杂 拉伸压缩     

稀土La在α-Fe中占位倾向及对晶界影响的第一性原理研究

本文采用重合位置点阵理论构建了α-Fe的Σ3[110](112)对称倾转晶界模型,通过基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法研究了稀土La元素在α-Fe中的占位倾向.结果表明,La在α-Fe晶界的杂质形成能最低,因而La原子倾向于占据晶界区;掺杂La前后的α-Fe晶界电子结构计算结果显示,La占位于α-Fe晶界会使体系中的电荷发生重新分配,将提供更多电子用于晶界区成键,使得Fe原子得到更多的电子,这将导致掺杂区原子间结合有离子化趋势,从而使La与晶界区相邻Fe原子之间的相互作用加强,也使晶界原子与晶界两侧Fe原子的键合加强,从能量角度解释了材料宏观力学性能变化的原因;计算同时发现,La加入后,也使晶界上的原子成键区态密度左移,降低了体系的总能量,使晶界结构更为稳定.     

晶体相场法研究晶粒缩小过程中的位错湮灭与晶界迁移

通过晶体相场法模拟了与基体三种不同取向圆形晶粒在缩小过程中晶界上的位错湮灭机制与晶界迁移机制.研究结果表明:当圆形晶粒和基体的取向差17°时,圆形晶粒和基体形成位错核心重叠的大角晶界,用位错模型难以解释该演化过程,但结果表明圆形晶粒半径的平方与演化时间成线性关系,该关系与弯曲晶界迁移理论相互印证;当取向差为4°时,圆形晶粒和基体形成由分离位错构成的小角晶界,在该晶粒缩小的过程中,位错以径向攀移为主且会发生晶粒转动以调整位错间距,随着位错间距的减小相互靠近的位错发生反应;当取向差为10°时,晶界既有位错核心重叠较小的部分也有由分离位错构成的部分,在晶粒缩小时晶界演化表现为位错径向攀移和切向运动,两种运动的耦合运动使得能相互反应的位错相互靠近并发生反应.     

不同对称性下晶界结构演化及微观机理的晶体相场法研究

采用晶体相场法研究了单轴拉伸下三角相双晶变形过程及机理, 并重点分析了小角对称与非对称晶界和大角对称与非对称晶界在变形过程中的演化及微观机理, 变形过程中应力方向与初始晶界方向平行. 结果表明, 小角对称晶界由柏氏矢量夹角呈60°的两种刃型位错组成, 变形过程中不同类型的位错运动方向相反, 并各自与另一晶界上同一类型位错相互吸引以致部分位错发生湮没; 小角非对称晶界上的位错类型单一, 在应力作用下先沿水平方向攀移, 后各自分解成柏氏矢量约呈120°的两位错, 并通过位错运动和湮没最终形成理想单晶; 大角晶界在应力的作用下先保持水平状态而后锯齿化并发射位错, 伴随着位错运动和湮没, 最终大角非对称晶界发生分解, 而大角对称晶界则重新平直化, 表明大角对称晶界比大角非对称晶界更稳定, 这与实验和分子动力学模拟结果一致. 关键词： 晶体相场 双晶 晶界 对称性     

γ-α相变中不同晶界特征下铁素体生长形貌的相场模拟

利用多相场模型模拟了奥氏体(γ)-铁素体(α)相变过程中不同晶界特征下铁素体晶粒的形貌与生长动力学.模型中通过能量梯度系数和耦合项系数的协同变化定量表达晶界能与晶界迁移率的各向异性,同时固定相场界面宽度来保证计算精度.模拟结果显示:随着原奥氏体晶界能与铁素体-奥氏体晶界能比值σ_(γ,γ)/σ_(α,γ)的增加,三叉相界面处的平衡角β减小,铁素体晶粒沿原奥氏体晶界与垂直于奥氏体晶界方向的生长速率差变大.铁素体与奥氏体晶粒间的晶粒取向越接近,铁素体生长越缓慢.模拟结果可描述铁素体晶粒生长形貌的多样性,与实验结果符合.     

稀土La在$lt;em$gt;α$lt;/em$gt;-Fe中占位倾向及对晶界影响的第一性原理研究

本文采用重合位置点阵理论构建了 α-Fe的Σ3[110]（112）对称倾转晶界模型,通过基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法研究了稀土La元素在 α-Fe中的占位倾向. 结果表明,La在 α-Fe晶界的杂质形成能最低,因而La原子倾向于占据晶界区;掺杂La前后的 α-Fe晶界电子结构计算结果显示,La占位于 α-Fe晶界会使体系中的电荷发生重新分配,将提供更多电子用于晶界区成键,使得Fe原子得到更多的电子,这将导致掺杂区原子间结合有离子化趋势,从而使La与晶界区相邻Fe原子之间的相互作用加强,也使晶界原子与晶界两侧Fe原子的键合加强,从能量角度解释了材料宏观力学性能变化的原因;计算同时发现,La加入后,也使晶界上的原子成键区态密度左移,降低了体系的总能量,使晶界结构更为稳定. 关键词： La α-Fe')" href="#">α-Fe 晶界 第一性原理     

温度对有机物传热影响的分子动力学模拟及微观机理研究

热导率是表征物质导热性能的一个重要物性参数.通过分子模拟从微观角度揭示有机物分子液体导热机理并计算热导率具有重要的理论意义和应用价值.通过非平衡态分子动力学模拟方法,分别模拟了庚烷、己醛、2-己酮和己醇在263～363 K的热传导过程并得到了热导率.4种有机物在263～363 K下热导率的计算值与实验值的相对平均偏差分别小于5.40%,5.46%,4.29%和7.80%,表明模拟结果与实验结果基本一致.热流分解和原子热路径的结果表明,对总热流有显著贡献的库仑相互作用项、范德华相互作用项和扭转角项都随着温度的升高而减小,这使得4种有机物的热导率随着温度的升高而降低.同时研究表明温度的升高增大了分子的原子振动,加速了分子运动,降低了模拟体系的质量密度.本文为温度对液体热传导影响提供了微观解释和理论依据.     

聚氨酯泡沫反向阴燃的数值模拟

本文根据两步反应机理,建立了2维非稳态燃料阴燃的数学模型.该模型考虑了气体在多孔介质内扩散系数的变化.应用该模型模拟了来流速度对阴燃速度及平均最高温度的影响,结果表明;首先阴燃传播速度随着来流速度的增大而增大,当风速为0.2 cm/s时,阴燃速度达到最大值0.0093 cm/s,而后随着风速的增大阴燃速度逐渐降低直至熄灭;来流速度对阴燃最高温度影响不大.同时还模拟了氧气浓度的影响、燃料阴燃中气体组分和固体成分的变化以及温度分布情况.