Диффузионные и термодинамические характеристики межзеренной области в нанокристаллической меди и эволюция структуры межфазной границы в композите медь-ниобий

• Автор: Неласов, Иван Викторович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Белгород
• Количество страниц: 138 с. : ил.

Оглавление
Введение

Глава 1. Обзор проблематики исследования

Диффузионные характеристики границ зёрен и тройных стыков

Термодинамические характеристики границ зёрен и тройных стыков

Характеристики и устойчивость межфазной границы в многослойных

металлических материалах (наноламинатах)

Глава 2. Методы и объекты исследования. Предварительные расчёты. 27 Основы молекулярной динамики в рамках метода погруженного атома

Построение модельных нанокристаллических образцов меди

Построение модельных систем медь-ниобий

Построение потенциала межатомного взаимодействия ниобия
Построение образцов для моделирования устойчивости межфазной
границы Си-ИЬ
Методика построения радиальной функции распределения атомов
Методика расчёта диффузионных характеристик нанокристаллической
меди
Расчёт энергии активации диффузии
Тестовый расчёт энергии активации миграции вакансии
Методика расчёта термодинамических характеристик границ зёрен и
тройных стыках в нанокристаллической меди
Расчет энтропии тепловых колебаний атомов через
автокорреляционную функцию скоростей
Расчёт избыточного объёма нанокристаллического состояния
Расчёт избыточной энтальпии и энергии Гиббса

Методика разделения вкладов от границ зёрен и тройных стыков в аддитивные термодинамические характеристики
нанокристаллического состояния
Глава 3. Результаты молекулярно-динамического исследования материалов с размерными элементами находящимися в наноразмерном
диапазоне
Результаты расчёта диффузионных характеристик границ зёрен и тройных
стыков в нанокристаллической меди
Энтропийный вклад границ зёрен и тройных стыков в избыточную
энтропию тепловых колебаний нанокристаллической меди
Температурная зависимость энергии Гиббса, энтропии, энтальпии и избыточного объёма связанного с границами зёрен и тройными стыками в
нанокристаллической меди
Обсуждение результатов молекулярно-динамического исследования
наноструктурированной меди
Моделирование плоской границы наноламината Cu/Nb
Результаты моделирования эволюции межфазной границы дискообразного
включения ниобия в матрицу меди
Заключение и основные выводы
Список использованных источников

Введение.
Актуальность темы. Изучение нанокристаллического состояния вещества отличающегося физико-механическими свойствами от аналогов с крупнозернистой или аморфной структурой является перспективным направлением материаловедения [1,2].
Механические свойства нанокристаллических материалов существенно зависят от размера зерен. При больших размерах зерен рост прочности и твердости с уменьшением размера зерен обусловлен введением дополнительных границ зерен, которые являются препятствиями для движения дислокаций, в случае наноразмерных зерен рост прочности обусловлен низкой плотностью существующих дислокаций и трудностью образования новых дислокаций. Микротвердость нанокристаллических материалов выше, чем у крупнозернистых аналогов [3]. С уменьшением размера зерна повышается прочность, в том числе с сохранением пластичности [4-7], что объясняется наличием в нанокристаллических материалах развитой системы внутренних поверхностей раздела (границ зерен, субзерен и вторичных фаз и т.д.), что во многом определяет их термодинамические, физико-химические, механические, и другие свойства. В обзорах [8,9] отмечается, что свойства полученных нанокристаллических материалов зависят от методов их получения. Наличие высокоэнергетического состояния межзеренных областей оказывает влияние на процессы пластической деформации, деградации структуры и разрушения рассматриваемых материалов. В указанных процессах диффузия по границам зёрен играет важную и часто определяющую роль [10]. Последнее прослеживается при повышенных и высоких температурах, когда пластическая деформация, и в особенности разрушение, связаны с внутренними поверхностями раздела [11]. Однако влияние на свойства

векторов например в ГПУ структуре при построении используется прямоугольная ячейка позволяющая при трансляции задавать такую же структуру (рис. 4)
Рис. 4 Задание ГПУ структуры эквивалентной ей элементарной ортогональной ячейкой [74]
После задания структуры моделируемой системы необходимо установление необходимой температуры системы, то есть определение начальных скоростей атомов.
На ранних этапах становления молекулярной динамики при моделировании небольших по количеству атомов систем принципиальной было задание на этом этапе нормального распределения атомов по скоростям, но данный метод подходит для моделирования однородных систем - не имеющих дефектов таких как дислокации, границы зёрен. Так как при задании начальных скоростей в нормальном распределении задаются и скорости атомов превосходящие средние для системы при устанавливаемой температуре вероятным является задание таких скоростей для атомов находящиеся в дефекте кристалла, что может привести при расчёте к появлению артефактов. В связи с этим для систем с дефектами структуры предпочтительней является задание скоростей одинаковых по модулю для всех атомов но имеющих случайное направление. Для моделируемых систем содержащих несколько десятков тысяч атомов нормальное распределение по скоростям в зависимости от температуры наступает в течении нескольких