晶體相場法模擬應力作用下位錯的運動過程.pdf

1、晶體相場方法是近年來新發(fā)展起來的一種先進多尺度數(shù)值模擬方法，既可以描述納米尺度的原子點陣結構，又可以描述10-12～10-6s量級時間尺度的原子以及缺陷的運動特征。因此，在研究材料微結構演化領域具有巨大優(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構的物理特性，現(xiàn)已被廣泛的應用到位錯遷移、孿晶生長、超導體中的渦旋晶格、磁性薄膜等領域的研究中，具有深刻的物理含義。周期性體系中的塑性流動是由線缺陷或者位錯的運動

2、調(diào)節(jié)的，研究這一過程的缺陷運動，最大的挑戰(zhàn)是如何將獨立的位錯與體系微觀性能聯(lián)系起來。目前，真實實驗還不能做到對刃位錯遷移過程的實時觀測，而已有的微觀模擬實驗對這方面內(nèi)容的研究仍不多見。因此本文采用先進的晶體相場法，針對二維六角晶格體系研究刃型位錯在剪切應變作用下的滑移和壓縮應變作用下的攀移運動，充分揭示了位錯運動過程的基本特性和作用機理。首次研究了位錯滑移和攀移運動中有關應變率、過冷度、原子半徑對位錯動力學行為的影響，并從位錯遷移速度和

3、體系能量變化的角度對刃型位錯運動機制進行分析，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的六角固相體系施加外部應力，揭示了過冷度、應變率對刃型位錯運動的影響規(guī)律。具體表現(xiàn)在:演化前期，無論是刃型位錯的滑移還是攀移，運動速度均較慢，演化中后期隨著應力的平穩(wěn)施加，刃型位錯保持勻速運動狀態(tài);刃型位錯滑移速度隨著體系過冷度的增加而減小;刃型位錯滑移速度和體系平均剪切應變隨著剪切應變的增大而增大;刃型位錯攀移速度

4、隨著體系過冷度的增加而變快;隨著壓縮應力的增大逐漸加快。
　　 2.研究發(fā)現(xiàn)，多個刃型位錯在體系內(nèi)應力作用下發(fā)生位錯反應，位錯間彼此相互作用的結果是使體系趨于最穩(wěn)定的完整規(guī)則點陣結構;反應前后，刃型位錯柏氏矢量和保持守恒。
　　 3.通過詳細計算刃型位錯體系的自由能，并結合原子密度場變量演化的驅(qū)動力方程，得到體系能量總是向著最小化方向進行的結論。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運動規(guī)律的影響，即刃