Исследование механизмов миграции и агрегатизации точечных дефектов в ГЦК металлах

• Автор: Аксенов, Михаил Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Барнаул
• Количество страниц: 179 с. : ил.

I МЕТОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ МЕХАНИЗМОВ МИГРАЦИИ И АГРЕГАТИЗАЦИИ ТОЧЕЧНЫХ ДЕФЕКТОВ В МЕТАЛЛАХ И СПЛАВАХ
1 Л. Теоретические представления о механизмах самодиффузии в кристаллах металлов и сплавов

1.2. Экспериментальные методы исследования диффузии

1.3. Дефектообразование в металлах при радиационном повреждении

1.4. Постановка задачи

II ПОСТРОЕНИЕ КОМПЬЮТЕРНОЙ МОДЕЛИ

2.1. Описание метода молекулярной динамики

2.2. Обоснование выбора потенциалов межатомного взаимодействия

2.3. Методика компьютерных экспериментов. Основные визуализаторы и параметры диффузии

III МЕХАНИЗМЫ САМОДИФФУЗИИ ПРИ РАВНОВЕСНОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ ТОЧЕЧНЫХ ДЕФЕКТОВ

3.1. Расчет равновесной концентрации точечных дефектов

3.1.1 Вакансии, бивакансии и тривакансии
3.1.2. Субмикроскопические вакансионные кластеры
3.1.3. Межузельные атомы и пары Френкеля
3.2. Основные механизмы самодиффузии в ГЦК кристаллах
IV ДИНАМИКА СТРУКТУРЫ В РАДИАЦИОННО ПОВРЕЖДЕННЫХ МЕТАЛЛАХ
4.1. Распространение локально инициированных упругих волн в двумерных и трехмерных металлах

4.1.1. Распространение локально инициированных упругих волн в двумерных металлах
4.1.2. Распространение локально инициированных упругих волн в трехмерных металлах
4.2. Вакансионные кластеры в ГЦК металлах
4.2.1. Стабильность вакансионных кластеров
* 4.2.2. Трансформация структуры в обедненных зонах
4.2.3. Взаимодействие тетраэдров дефектов упаковки с точечными дефектами
4.3. Одиночные и множественные межузельные атомы в ГЦК металлах
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Диффузия играет важную роль во многих процессах, протекающих в металлах и сплавах. В условиях термодинамического равновесия, как известно, самодиффузия в кристаллах осуществляется преимущественно по вакансионному механизму. Тем не менее, для многих металлов обнаружено отклонение от закона Аррениуса: параметры самодиффузии отличаются для областей средних и высоких температур. В различных работах это объясняется либо существенным вкладом при высоких температурах второстепенных механизмов диффузии, либо следствием температурной зависимости упругих модулей. Так или иначе, для ответа на этот вопрос необходимо иметь представление о различных механизмах диффузии и их вкладе в зависимости от температуры. Сложность выполнения этой задачи связана с большими погрешностями, возникающими при определении энергии активации и предэкспоненциальных множителей в уравнении Аррениуса отдельно для каждого механизма. В связи с этим, среди исследователей в настоящее время нет однозначного мнения относительно второго по вкладу, после вакансионного, механизма самодиффузии в ГЦК кристаллах. В различных работах на эту роль выдвигают миграцию бивакансий, циклические механизмы, образование и рекомбинацию динамических пар Френкеля, миграцию вакансий сразу во вторую координационную сферу и т.д. Таким образом, представляется актуальным исследование основных механизмов самодиффузии и их вкладов при равновесной концентрации точечных дефектов.
Неравновесная концентрация точечных дефектов образуется в результате экстремальных воздействий: быстрого охлаждения, пластической деформации, радиационного повреждения. Причем в последнем случае возможно достижение наибольших концентраций точечных дефектов. Исследования изменений физических свойств материалов, подвергнутых радиационному воздействию, а также проблема воздействия радиации на структуру материалов, являются весьма актуальными проблемами физики твердого тела и
используются в случаях возможного изменения объема расчетного блока вследствие воздействия температурно-силовых факторов.
4) Периодические граничные условия [33, 34, 38, 64, 66, 80]. Если в некотором из направлений по характеру задачи имеется период полной идентичности, то целесообразно выбрать размер расчетной ячейки в этом направлении равным периоду идентичности. Последнее позволяет имитировать бесконечную протяженность кристалла в рассматриваемом направлении. Приграничные атомы с одной стороны расчетной ячейки связываются взаимодействием с приграничными атомами с другой, как если бы принадлежали двум соседним идентичным кристаллическим ячейкам. Периодические граничные условия являются в известной степени точными (в той степени, в какой соблюдается полная идентичность), но, как и жесткие, не позволяют решать задачи, связанные с существенным изменением в процессе моделирования термодинамических параметров расчетного блока.
5) “Вязкие” граничные условия [83]. На границах расчетной ячейки имитируется поглощение энергии упругих колебаний с помощью построения вокруг расчетного блока демпфирующей области. При использовании вязких граничных условий стремятся к тому, чтобы расчетный блок можно было считать окруженным бесконечным идеальным кристаллом. Данные условия хороши при исследовании структур дефектов, но в задачах, связанных, например, с термическим активированием, возникает проблема соблюдения закона сохранения энергии.
Молекулярно-динамический эксперимент содержит следующие этапы. В первую очередь строится начальная структура расчетного блока: задаются объем блока (103-106атомов) и начальные координаты атомов. На этом же этапе обычно задается температура посредством задания соответствующих начальных скоростей (по формуле 2.5) или смещений атомов. Следующий этап, и основной, заключается в расчете траекторий движения каждого атома в расчетном блоке. Для этого находятся смещения атомов (по формулам 2.4) за