Бездиффузионный механизм массопереноса в кристаллах, содержащих агрегаты вакансий и межузельных атомов

• Автор: Маркидонов, Артем Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Барнаул
• Количество страниц: 226 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
I. ИСЛЕДОВАНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ Р1 АННИГИЛЯЦИИ ТОЧЕЧНЫХ ДЕФЕКТОВ, И ИХ ВЛИЯНИЯ НА СВОЙСТВА ТВЕРДЫХ ТЕЛ

1.1. Точечные дефекты в твердых телах

1.2. Радиационные дефекты и их влияние на свойства твердых тел. Пары Френкеля

1.3. Современные представления о компьютерном моделировании в физике конденсированных сред

1.4. Постановка задачи исследования

II. ПОСТРОЕНИЕ КОМПЬЮТЕРНОЙ МОДЕЛИ

2.1. Этапы моделирования и основные требования, предъявляемые к компьютерной модели
2.2. Описание метода компьютерного моделирования и потенциальной функции межатомного взаимодействия применяемых при решении поставленных задач
2.3. Описание модели и используемых в работе визуализаторов атомной структуры
III. ОДИНОЧНЫЕ ПАРЫ ФРЕНКЕЛЯ И ИХ СТАБИЛЬНОСТЬ
3.1 Зарождение и распространение продольной волны
3.2. Зависимость взаимодействия пар Френкеля от расстояния и угла
разориентации
3.3. Механизмы, реализующие аннигиляцию пар Френкеля
3.4. Влияние всесторонней деформации и начальной температуры на скорость продольной волны и процесс аннигиляции пар Френкеля

3.5. Произвольное расположение пар Френкеля
IV. СТАБИЛЬНОСТЬ ТОЧЕЧНЫХ ДЕФЕКТОВ
СГРУППИРОВАННЫХ В РЯДЫ
4.1. Ударная и продольная волна, порожденная рядами дефектов
4.2. Влияние расстояния между рядами, их разориентации, и числа дефектов на скорость массопереноса
4.3. Массоперенос, осуществляемый продольной релаксационной волной
4.4. Влияние всесторонней деформации расчетного блока и начальной температуры на скорость массопереноса
4.5. Ряды дефектов, различающиеся по длине
V. СТАБИЛЬНОСТЬ РАЗЛИЧНЫХ КОНФИГУРАЦИЙ ТОЧЕЧНЫХ ДЕФЕКТОВ В ОБЪЕМНОМ КРИСТАЛЛЕ
5.1. Ударная и продольная волна, порожденная точечными дефектами
5.2. Влияние расстояния, разориентации и числа дефектов на скорость массопереноса
5.3. Влияние всесторонней деформации и начальной температуры расчетного блока на скорость массопереноса
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Конструкционные узлы современных технических устройств эксплуатируются при различных экстремальных условиях, таких, например, как высокое давление, температура, а также большие дозы облучения. При таких воздействиях кристаллическая структура материала претерпевает изменения на атомарном уровне: в ней зарождаются разнообразные типы дефектов. Взгляды исследователей в последнее время неуклонно устремлены к таким различным структурным нарушениям, в связи с тем, что они оказывают заметное влияние на свойства твердых тел. Так, например, появление при радиационном воздействии большого числа точечных дефектов приводит к изменению прочности, электропроводности и объемных размеров облученного материала. Поэтому, конечно же, для создания конструкционных материалов с улучшенными и совершенно новыми свойствами необходимо тщательное исследование процессов протекающих в материалах при образовании точечных дефектов.
Точечные дефекты играют важнейшую роль в структурно-энергетических изменениях, происходящих в материалах при внешних высокоэнергетических воздействиях. К простейшим точечным дефектам относятся вакансии и межузельные атомы. Данные дефекты могут возникать в кристаллической решетке в результате внешнего высокоиптспсивпого воздействия, например при ионной имплантации. Появление вакансий и межузельных атомов вызывает локальные нарушения плотности, и при этом создаются локальные упругие поля. Последующие нелинейные релаксационные процессы должны создавать в кристалле релаксационные фоноиные колебания. При относительно высоких температурах их уровень подавляется тепловыми хаотическими колебаниями атомов.
При внешнем воздействии атом может переместиться из узла кристаллической решетки в междоузлие, оставляя на своем прежнем месте вакансию, образуя замкнутую пару Френкеля. Большая часть вакансий,

Например, в отличие от теоретического исследования, здесь есть возможность воочию пронаблюдать за протеканием эксперимента, а в отличие от реального физического эксперимента, который может сопровождаться неконтролируемыми и неизвестными взаимодействиями, компьютерное моделирование обеспечивает полный контроль над влиянием исходных параметров на результат. Кроме того, реальный эксперимент сталкивается с трудностями при изучении динамических процессов на атомарном уровне. Особенно это касается быстропротекающих процессов, таких как ионная имплантация, взрывное, импульсное воздействие на материал. В этих случаях обычно констатируется только начальное и конечное состояние системы. Трудности, связанные с изучением реальным экспериментом длительных по времени процессов (старение, диффузия, фазовые превращения), заключаются в больших затратах на подержание определенного состояния системы. Во всех этих ситуациях компьютерное моделирование позволяет надежно смоделировать процесс с учетом всех необходимых параметров, спрогнозировать дальнейшее поведение системы, а так же изучить атомную динамику с помощью специальных визуализаторов структуры. Кроме всего прочего* компьютерное моделирование выгодно отличает относительная дешевизна получения данных.
Моделирование процессов происходящих в кристалле возможно на основе континуального приближения или на атомарном1 уровне. При описании процессов происходящих вблизи дефектов, связанных с перестройкой структуры и т.д., интерес вызывает атомарный подход, поэтому ниже речь пойдет именно о нем.
Надо сразу признать, что идеальной модели, с помощью которой можно было бы описать любой процесс, происходящий в реальном твердом теле, не существует. Обычно задача упрощается выделением основных целей исследования, при этом второстепенные цели отбрасываются. Затем выбираются соответствующие методы и средства реализации исследования. Модель может считаться приемлемой только в том случае, если она