Влияние атомной структуры на механизмы самодиффузии по границам зерен наклона в алюминии

• Автор: Драгунов, Андрей Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Барнаул
• Количество страниц: 172 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
1 Структура и свойства границ зерен (ГЗ) - экспериментальные исследования и компьютерное моделировани
1.1 Атомная структура границ зерен в металлах
1.1.1 Теоретические модели структуры ГЗ
1.1.2 Экспериментальные исследования атомной структуры ГЗ
1.2 Теоретические модели зернограничной диффузии и самодиффузии
1.3 Экспериментальные методы исследования зерно граничной диффузии
1.4 Современное компьютерное моделирование атомной структуры ГЗ и зернограничной диффузии
2 Методика компьютерного эксперимента
2.1 Методы моделирования в физике твердого тела
2.2 Потенциалы межатомного взаимодействия
2.3 Методика расчета атомной структуры и энергии ГЗ
2.4 Методика моделирования диффузии по границам зерен
2.5 Выбор вида потенциала межатомного взаимодействия
2.6 Апробация методики моделирования
2.6.1 Особенности расчета потенциала атомов
2.6.2 Тестирование проведения вакансионной релаксации
2.6.3 Тестирование проведения атомной релаксации
2.6.4 Расчет энергии вакансии
2.6.5 Погрешность метода молекулярной.динамики
3 Атомная структура и характеристики равновесных ГЗ
3.1 Зависимость энергии ГЗ от угла разориентации
3.2 Распределение потенциальной энергии в области ГЗ

3.3 Атомная структура ГЗ специального типа
3.4 Атомная структура ГЗ общего типа
3.5 Распределение свободного объема по ГЗ
4 Самодиффузия по ГЗ общего и специального типов
4.1 Исследование направлений перескоков атомов в области ГЗ
4.2 Траектории движения атомов при самодиффузии
4.3 Температурные зависимости и коэффициенты зернограничной
самодиффузии
Заключение
Список использованной литературы

ВВЕДЕНИЕ.
Среди важнейших потребностей современного
высокотехнологического общества выступает потребность в получении новых материалов. Вновь полученные материалы должны обладать широким спектром самых разнообразных свойств, которые должны проявляться в абсолютно различных условиях, при экстремальных значениях таких параметров, как давление, температура и многие другие. Одним из факторов, позволяющих воздействовать на свойства металлов, является создание необходимой дефектной структуры. В этом смысле наличие в материалах, внутренних поверхностей раздела, в том числе и границ зерен (ГЗ), имеет очень большое значение.
В настоящее время общепризнано, что ГЗ играют важную роль в обеспечении механических и многих других физических свойств кристаллических твердых тел. Признание роли, которую играют ГЗ привело к необходимости исследования их структуры, термодинамических свойств (поверхностного натяжения, сегрегации примесей), кинетики процессов: диффузии, миграции и др. Совокупность этих исследований составила содержание целого раздела физики твердого тела — физики внутренних поверхностей раздела. [1-5]
Большинство используемых на практике металлических конструкционных материалов имеет поликристаллическое строение. Одним из основных структурных элементов таких материалов являются границы зерен. Исследованию ГЗ в последние годы уделяется большое внимание. Это связано и с большим влиянием ГЗ на многие важные свойства поликристаллов (предел текучести, пластичность, рекристаллизация, диффузия, ползучесть, текстурообразование) и с возрастающим применением нанокристаллов, тонких пленок, поверхностных фаз - объектов в которых поверхность играет
применяют для этих целей, особенно в случае полихроматического спектра, и в том, что коэффициент поглощения для твердых растворов обычно неизвестен.
Вышеописанные трудности удается преодолеть в методе «тонкого слоя», предложенном Жуковицким и Крюковым [51]. Метод основан на сравнении интенсивностей излучения тонкого образца с двух сторон. «Бесконечно» тонкий слой радиоактивного изотопа наносят на одну из поверхностей тонкой пластины (30-100 мкм). Затем после диффузионного отжига определяют активность с обеих сторон в зависимости от времени I и затем определяют коэффициент I). Метод реализуется на тонких пластинках и при очень тонком слое изотопов в начальный момент времени, чего не всегда легко добиться. С помощью абсорбционного метода можно определять коэффициенты диффузии в интервале 10'8М04 м2/с.
В настоящее время получил распространение еще один вариант абсорбционного метода - метод остаточной активности, предложенный Грузиным [54]. В этом методе измеряется активность не снятого слоя, а оставшейся после снятия слоя части образца. Метод позволяет получить экспериментальные кривые более оперативно, исключает многие трудоемкие операции, связанные со сбором и переработкой вещества снятого слоя. Это дает возможность использовать различные способы шлифования для снятия весьма тонких слоев, а также сократить длительность диффузионного отжига. Чувствительность метода остаточной активности составляет 10'10 м 2/с.
В работе [55] Бокштейн с соавторами исследовали параметры диффузии с помощью абсорбционного метода с использованием радиоактивного изотопа 63№. Измерения проводились в температурном интервале 750-950°С. Получены экспериментальные значения