Моделирование атомарной структуры и диффузионных свойств точечных дефектов в кубических системах

• Автор: Валикова, Ирина Валентиновна
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 147 с. : ил.

Оглавление
Введение

Глава 1. Точечные дефекты и их свойства

1.1 Экспериментальные результаты

1.2. Теоретические подходы к расчету характеристик точечных дефектов

1.2.1. Подход Глайда к оценке частот скачков вакансии

1.2.2. сВО, — модель

1.2.3. Расчет объема релаксации из теории упругости

1.2.4. Теория сил Канзаки

1.2.5. Термодинамическая теория для объема образования дефекта

1.3. Результаты моделирования характеристик точечных дефектов

1.3.1. Модель Джонсона
1.3.2. Модели, основанные на теории сил Канзаки
1.3.3. Модель, основанная на термодинамической теории
1.3.4. Другие модели
Глава 2. Новая модель для расчета диффузионных характеристик
точечных дефектов
2.1. Основные моменты теории точечных дефектов,
используемые в нашей модели
2.1.1. Объем образования дефекта
2.1.2. Объем миграции дефекта
2.2. Особенности модели для расчета характеристик точечных дефектов
2.2.1. Вакансии
2.2.2. Дивакансии и межузельные атомы
2.2.3. Миграция
2.2.3.1. Модель “катапульты”
2.3. Температурная зависимость характеристик
Выводы
Глава 3. Моделирование диффузионных характеристик
вакансий в ОЦК и ГІДК металлах
3.1. Характеристики вакансий в ОЦК металлах
3.2. Характеристики вакансий в ГЦК металлах
3.3. Температурная зависимость характеристик вакансий
в ОЦК и ГЦК металлах
Выводы
Глава 4. Моделирование характеристик дивакансий и
собственных межузельпых атомов в кубических системах
4.1. Моделирование диффузионных характеристик
дивакансий в кубических системах
4.1.1. Характеристики дивакансий в ОЦК металлах
4.1.2. Характеристики дивакансий в ГЦК металлах
4.1.3. Температурная зависимость характеристик дивакансий
в ОЦК и ГЦК металлах
4.2. Моделирование характеристик собственных межузельных атомов
в металлах с кубической структурой
4.2.1. Характеристики межузельных атомов в ОЦК металлах
4.2.2. Характеристики межузельных атомов в ГЦК металлах
4.2.3. Температурная зависимость характеристик межузельных
атомов в ОЦК и ГЦК металлах
Выводы
Глава 5. Моделирование характеристик, определяющих влияние
упругих полей на диффузионные потоки в ОЦК и ГЦК металлах
5.1. Основные моменты теории диффузии в упругом поле
5.2. SID коэффициенты в ОЦК и ГЦК металлах и их
температурная зависимость
5.3. Координатные зависимости компонентов матрицы коэффициентов диффузии вакансии в окрестности поры в ОЦК и ГЦК металлах
Выводы
Заключение
Список литературы
Приложение А
Приложение Б
Введение
Актуальность работы
Точечные дефекты определяют кинетику формирования структуры в металлах и сплавах, особенно при внешних воздействиях. В свою очередь упругие поля, создаваемые дефектами различного типа, такими как дислокации, границы зерен, включения фаз, поры, влияют на частоты скачков атомов и, следовательно, на кинетику изменения структуры материалов в процессе их эксплуатации. Таким образом, для прогнозирования поведения конструкционных материалов в реальных (реакторных) условиях необходимо уметь рассчитывать характеристики точечных дефектов в этих материалах с учетом влияния температуры, внешних нагрузок, упругих полей, создаваемых различными внутренними дефектами и т.п.
Одной из возможностей проверки теорий, описывающих влияние упругих полей напряжений на диффузионные потоки точечных дефектов, является применение этих подходов к описанию диффузии при высоких давлениях, т.к. диффузия в условиях всестороннего сжатия - простейший вариант процесса, в котором проявляется подобное влияние, определяющееся такими характеристиками как объемы образования и миграции дефектов.
При теоретических рассмотрениях и моделировании свойств дефектов, как правило, удается получить удовлетворительные оценки для энергетических характеристик точечных дефектов. В то же время величины активационных объемов, рассчитанные разными авторами, редко согласуются между собой и с немногочисленными экспериментальными данными. На сегодняшний день не существует общепринятого подхода, позволяющего с единых позиций определить атомарную структуру в локальной окрестности дефекта (в том числе для активированного состояния системы) и установить связь структуры и упомянутых характеристик для различных механизмов диффузии. К сожалению, число экспериментальных работ по изучению влияния давления на диффузию весьма невелико. Поэтому, такая важная проблема остается малоизученной.
Кроме того, из недавно полученных уравнений для диффузионных потоков в упругом поле общего вида для металлов с ГЦК и ОЦК структурами, диффузия в которых осуществляется посредством вакансионного механизма, следует, что основной

Область I: и"* О К" Ф О F" фО Fexl = О
Область II: и" = 0 Ä" = О Fn = О ТД, * 0 (1.59)
Подставляя условия для области II в уравнение (1.58), получаем [79]:
„«(г°) = о = Uy[4drGOaP(ri))jr-r(Kf - Feßxti) (1.60а)
P“ß = -Zjr?aF?xti. (1.606)
Точность определения дипольного тензора, а значит и объема релаксации, с помощью уравнений (1.58) или (1.60) зависит от размера расчетной ячейки
(область I). Результаты показывают, что для единичного межузельного атома и краткодействующего межатомного потенциала вполне достаточно 600 атомов в расчетной ячейке, чтобы значения Рар, рассчитанные из для 2-х разных близких размеров системы, совпадали с точностью порядка 1 процента. Для кластера из 37 межузельных атомов и расчетной ячейки, содержащей около 3500 атомов, эти два рассчитанных значения, однако, могут отличаться больше, чем на 10%, т.к. область ангармоничности в решетке сильно увеличивается. Приближения Харди и Донегана
(1.46) и (1.47) при моделировании с межузельным атомом дают ошибку до 60%, не зависимо от размера расчетной ячейки [79]. Типичная погрешность при
моделировании с вакансией составляет 30%. Это связано с тем, что любая небольшая неточность при моделировании смещений ближайших соседей дефекта может вызвать гораздо большую ошибку при расчете дипольного тензора из-за ангармонических слагаемых.
Шобер (Schober) и Ингл (Ingle) [79] провели расчеты для межузельного атома в ГЦК решетке, используя межатомный потенциал типа Борна-Майера и приближения
(1.46) и (1.47). Полученные результаты представлены на рис. 1.5.