Механизмы и кинетика релаксации неравновесных границ зерен в наноструктурных металлах

• Автор: Бачурин, Дмитрий Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Уфа
• Количество страниц: 169 с.

Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Структура равновесных границ зерен

1Л Л Геометрические модели границ зерен

1Л .2 Модель структурных единиц

1Л .3 Дислокационная модель границ зерен

1Л .4 Дисклинационная модель границ зерен

1.2 Компьютерное моделирование атомной структуры границ зерен

1.2Л Относительный сдвиг зерен

1.2.2 Избыточный объем

1.2.3 Множественность структурного состояния границ зерен

1.3 Тройные стыки зерен

1.3.1 Структура равновесных стыков
1.3.2 Формирование дефектов в тройных стыках при пластической деформации
1.4 Неравновесные границы зерен
1.5 Релаксация неравновесных границ зерен
1.5.1 Размытие дифракционного контраста дислокаций
в границах зерен
1.5.2 Релаксация неравновесных ансамблей зернограничных дислокаций
1.6 Нанокристаллы
1.6.1 Структура нанокристаллов
1.6.2 Свойства нанокристаллов
Выводы и постановка задачи
Глава 2. НЕОПТИМИЗИРОВАННЫЙ ЖЕСТКИЙ СДВИГ КАК
НЕРАВНОВЕСНОЕ СОСТОЯНИЕ ГРАНИЦ ЗЕРЕН
2.1 Методика компьютерного моделирования
2.2 Модуль сдвига параллельно плоскости (210) в никеле

2.3 у-поверхность границы наклона Е=5 (210) и зависимость
I- энергии от величины сдвига
2.4 Зависимость избыточной энергии границы от размера
расчетной ячейки
2.5 Обсуждение результатов численных расчетов
2.6 Неоптимизированный жесткий сдвиг как неравновесное
состояние границ зерен
Глава 3. ГЕОМЕТРИЧЕСКИ НЕОБХОДИМЫЕ ДЕФЕКТЫ В ТРОЙНЫХ
СТЫКАХ ЗЕРЕН
3. Г Происхождение собственных дефектов в тройных стыках
конечных границ
3.2 Энергия тройных стыков зерен, обусловленная наличием
геометрически необходимых дефектов
* ■ 3.3. Геометрически необходимые стыковые дефекты в
нанокристаллах
Глава 4. ДИФФУЗИОННАЯ РЕЛАКСАЦИЯ ЖЕСТКОГО СДВИГА
ПО ГРАНИЦАМ ЗЕРЕН В НАНОКРИСТАЛЛАХ
4.1 Модель жесткого сдвига в поликристаллах
4.2 Кинетика релаксации неравновесных границ зерен
4.3 Релаксация неравновесных границ зерен в нанокристаллах
Глава 5. РЕЛАКСАЦИЯ КВАДРУПОЛЯ СТЫКОВЫХ
ДИСКЛИНАЦИЙ
5.1 Модель релаксации квадруполя стыковых дисклинаций
5.2 Кинетика релаксации квадруполя стыковых дисклинаций
5.3 Поток вакансий по границам зерен и стадии релаксации
5.4 Характерные времена процессов релаксации в деформированных
поликристаллах

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА

В последние два десятилетия достигнуты значительные успехи в изучении нанокристаллов. Наноструктурные или нанокристаллические (НК) материалы, а, в первую очередь, металлы представляют большой интерес не только для исследователей, но и для различных отраслей промышленности. Это связано, прежде всего, с необычными свойствами таких материалов, а, следовательно, и с весьма привлекательными перспективами их применения. Фактически, физика нанокристаллов стала одним из важнейших разделов нанотехнологии - области науки, впервые очерченной Фейнманом в 1959 году [1] и интенсивно развивающейся в последние десятилетия.
В природе не существует поликристаллов с нанометровым размером зерен, поэтому для получения нанокристаллов используются различные методы, основанные не только на интенсивном механическом воздействии, но и на кристаллизации из аморфного расплава, на газовой конденсации, электроосаждении и других методах. Несмотря на множество способов получения, общим свойством свежеприготовленных НК материалов является тот факт, что большинство границ зерен (ГЗ) в них находятся в неравновесном состоянии, обусловленном неравновесным характером процесса приготовления. Как известно [2,3], такое состояние границ характеризуется дальнодействующими полями упругих напряжений и избыточной упругой энергией. НК материалы, за исключением неравновесной структуры, обусловленной внесенными зернограничными дислокациями, могут обладать особым видом неравновесного состояния, так называемым неоптимизированным жестким сдвигом [4]. Такие виды неравновесного состояния ГЗ возникают в результате различных причин: первый - из-за поглощения границами решеточных дислокаций в процессе пластической деформации, второй - представляется вполне очевидным при случайном контакте зерен, растущих из расплава. Несмотря на то, что

соответствующим переходу к чисто диффузионной модели, должен содержать линейную зависимость скорости, релаксации от плотности внесенных ЗГД.
Недостатком представленной выше модели возврата в ГЗ является искусственно введенное предположение о контролирующей роли объемной диффузии в релаксации неравновесных границ зерен. В действительности же, никаких геометрических ограничений на аккомодацию переползания дислокаций в границе путем только зернограничной диффузии не существует, и последняя должна являться контролирующим фактором [87]. Ряд косвенных экспериментальных данных свидетельствует в пользу последнего утверждения. Например, скорость сверхпластической деформации непосредственно связана со скоростью возврата в ГЗ, а ее энергия активации равна энергии активации зернограничной самодиффузии [112].
Более последовательный подход, основанный на представлении о контролирующей роли зернограничной диффузии, предложен в работе [113]. В указанной работе рассматривается расползание диполя стыковых дисклинаций, и время отжига рассчитывается как время, необходимое для расширения диполя до длины, равной удвоенной длине ГЗ (при этой длине дисклинации аннигилируют с дисклинациями противоположного знака, переползающими с соседних ГЗ). Пользуясь выражениями, полученными Ли [114] для кинетики расширения дислокационных стенок, авторы [113] нашли для скорости увеличения длины стенки:
ел«
Л я(1 -у)Ш.2 Ь Эта модель предполагает, что в тройном стыке ВЗГД, составляющие диполь, расщепляются на переползающие по соседним границам дислокации, что энергетически возможно при острых двугранных углах между этими