Исследование атомной структуры межфазных границ Ni-Al, Cu-Au, Ni-γFe и процессов, протекающих вблизи них на атомном уровне в условиях различных внешних воздействий

• Автор: Санников, Андрей Валерьевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Барнаул
• Количество страниц: 125 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

I. СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О СТРУКТУРЕ И ДИФФУЗИОННЫХ СВОЙСТВАХ МЕЖФАЗНЫХ ГРАНИЦ

1 Л. Границы раздела в наноструктурных материалах

1.2. Классификация и структура внутренних границ раздела

1.3. Современные представления о диффузии вдоль межфазных границ

1.4. Постановка задачи

II. ОПИСАНИЕ КОМПЬЮТЕРНОЙ МОДЕЛИ

2.1. Метод молекулярной динамики

2.2. Основные аспекты и проблемы моделирования методом молекулярной динамики

2.3. Обоснование выбора потенциалов межатомного взаимодействия .
2.4. Построение компьютерной модели. Основные визуализаторы и параметры диффузии
III. ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЗМОВ ДИФФУЗИИ И ДЕФОРМАЦИИ ВБЛИЗИ МЕЖФАЗІТОЙ ГРАНИЦЫ С ПОМОЩЬЮ ДВУМЕРНОЙ МОДЕЛИ
3.1. Исследование механизма диффузии вблизи межфазной границы
в двумерной модели
3.2. Исследование механизма пластической деформации вблизи межфазной границы в двумерной модели
3.2.1. Сжатие-растяжение перпендикулярно межфазной границе
3.2.2. Сжатие-растяжение вдоль межфазной границы

IV. АТОМНАЯ СТРУКТУРА МЕЖФАЗНЫХ ГРАНИЦ (100) И (111). ДИФФУЗИЯ ВДОЛЬ ГРАНИЦ. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ГРАНИЦ С ТОЧЕЧНЫМИ ДЕФЕКТАМИ
4.1. Структура и диффузионная проницаемость межфазных границ Ni-Al, Cu-Au, Ni-yFe (100) и (111)
4.2. Взаимодействие точечных дефектов с межфазными границами Ni-Al (100) и (111)
V. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ, ПРОИСХОДЯЩИХ ВБЛИЗИ МЕЖФАЗНЫХ ГРАНИЦ Ni-Al (100) И (111), В УСЛОВИЯХ ВНЕШНИХ ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ
5.1. Диффузия вдоль межфазных границ Ni-Al (100) и (111) в условиях деформации
5.2. Торможение каскадов атом-атомных соударений межфазной границей Ni-Al (100)
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Границы раздела в металлических материалах (границы зерен, межфазные границы) играют ключевую роль во многих процессах, определяют многие их физические свойства. Особенно это относится к поликристаллам с малым размером зерен, композиционным материалам и механическим смесям с малым размером фаз-компонентов, - в этих случаях относительно высоки доля границ раздела и их влияние на макроскопические свойства материала.
Диффузия по границам раздела очень важна, например, при решении вопросов создания объектов и приборов микроэлектроники и оптоэлектроники. Эти приборы основаны на применении многослойных тонкопленочных структур, а при температурах эксплуатации таких приборов толщина этих структур зачастую сравнима с путем диффузии [1]. Возможность продолжительной эксплуатации приборов микроэлектроники и оптоэлектроники в значительной мере зависит от стабильности их физических свойств и от стабильности образующих их тонкопленочных структур.
Диффузия в области межфазных границ играет ведущую роль при различных химических реакциях. В случае металлических материалов - это, например, реакция самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), в результате которого получают интерметаллиды, обладающие, как правило, сравнительно высокой термостабильностью и жаростойкостью, что обуславливает их практическую значимость [2].
На границе фаз может возникнуть ситуация, качественно аналогичная той, которая имеет место на границе кристаллов одной фазы, то есть на границах зерен. В связи с этим в определенных условиях возможно ускорение диффузионного переноса вещества вдоль межфазных границ, что имеет подтверждение в экспериментальной практике [3, 4]. Принципиальное отличие между границами фаз и границами зерен заключается в том, что вторая фаза, как правило, существует в виде изолированного включения в

1.4. Постановка задачи
Как видно из приведенного в данной главе обзора, в настоящее время остается достаточно много нерешенных вопросов, связанных с атомной структурой межфазных границ и механизмами структурно-энергетических превращений с их участием на атомном уровне, в частности, с механизмами процессов диффузии, деформации, взаимодействия с различными дефектами.
Решение указанных вопросов с помощью реальных экспериментов в настоящее время весьма затруднительно, поскольку для этого необходимы исследования структуры и ее динамики на атомном уровне. В данном случае наиболее эффективным оказывается применение метода компьютерного моделирования, который позволяет с достаточной точностью в рамках модели учитывать и контролировать параметры исследуемого явления, изучать в динамике процессы, протекающие на атомном уровне с использованием различных наглядных визуализаторов структуры.
Основная цель настоящей работы заключается в изучении с помощью метода молекулярной динамики атомной структуры межфазных границ №-А1, Си-Аи, М-уБе и процессов, протекающих вблизи них на атомном уровне в условиях различных внешних воздействий.
Метод молекулярной динамики обладает наибольшей реалистичностью по сравнению с другими методами компьютерного моделирования (п. 2.1) и более других подходит для исследования процессов, связанных с динамикой атомной структуры. На данный момент метод молекулярной динамики более приспособлен для исследования кристаллов с решетками ГЦК и ГПУ (при изучении динамики атомной структуры в ОЦК кристаллах возникают трудности, связанные со стабильностью решетки такого типа в молекулярнодинамических моделях, для чего необходимо использование сложных анизотропных потенциалов).
В качестве металлов были взяты ГЦК металлы с параметрами решеток: №- 3,524 А и А1- 4,05 А (отличие 14,9%), Си - 3,615 А и Аи - 4,078 А