發(fā)布時間：2020-05-26 00:42

【摘要】：隨著材料研究的深入發(fā)展,高通量計算在計算材料學中的作用越來越大。通過原子尺度的計算,可以研究材料的微觀結構以及這些微觀結構對材料性能的影響。在輻照條件下,金屬材料中會形成大量的點缺陷,這些點缺陷經(jīng)過一段時間會形成各種形式的點缺陷團簇或空洞等。材料宏觀上的力學性能發(fā)生變化,很大一部分原因就是這些團簇或者空洞會導致微觀組織發(fā)生改變。金屬鋯和金屬鈦均是密排六方結構金屬,是分子動力學和靜力學領域廣泛研究的材料。鋯材是一種重要的堆芯結構材料,是保證核反應堆安全高效運行的關鍵,金屬鈦在航空航天、醫(yī)藥工程領域應用也是非常廣泛。實驗表明,變形是通過在棱鏡面上形成間隙位錯環(huán),在基面上形成空位環(huán),在位錯和晶界上形成空位湮滅來實現(xiàn)的�？梢�,點缺陷團簇對金屬的力學性能的影響是非常大的,但是在實驗上很難觀察到點缺陷比如空位或者間隙團簇的構型特征以及它們的演化過程。本文采用分子動力學方法,通過ART搜索系統(tǒng)的研究了金屬鋯和金屬鈦中空位和間隙團簇的穩(wěn)定和亞穩(wěn)定構型,計算每種構型的形成能和結合能,并繪制曲線結合構型總結規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn),金屬鋯中小數(shù)目空位團簇構型主要是平面對稱結構,隨著空位數(shù)目的增加,團簇構型逐漸演變成3D空間對稱結構,并且不同數(shù)目下的最穩(wěn)定團簇構型對具有高度的對稱性,而且中等數(shù)目團簇構型中都包含有小數(shù)目空位團簇構型。間隙團簇構型相反,最穩(wěn)定團簇構型都呈平面結構并且具有對稱性,其中五間隙團簇構型的結合能最低,構型具有高度對稱性。中等數(shù)目間隙團簇構型中都包含有小數(shù)目間隙團簇構型。鈦及鈦合金在加工生產(chǎn)及使用過程中均會形成點缺陷,從而影響鈦的加工使役性能。本文通過ART搜索分別研究了鈦不同尺寸的空位和間隙團簇的穩(wěn)定構型和亞穩(wěn)定構型。研究發(fā)現(xiàn),金屬鈦中各數(shù)目空位團簇最穩(wěn)定構型結構與金屬鋯中各數(shù)目空位團簇構型相同。大尺寸空位團簇構型中包含小數(shù)目空位團簇構型,中等數(shù)目的空位團簇構型呈空間對稱結構。各間隙團簇最穩(wěn)定構型中間隙原子和空位都分布在同一平面上,并且也是對稱結構,這一點也與金屬鋯中情況相同,而且大尺寸的間隙團簇構型中也包含小尺寸間隙團簇構型。
【圖文】：

圖 1.3 空位和自間隙原子形式，對應的點缺陷濃度越大。在級聯(lián)過程的模數(shù)量的點缺陷。體系溫度和初始碰撞以及初缺陷數(shù)量�？瘴辉谑覝叵乱话惚容^穩(wěn)定，較，并且隨著溫度的升高，空位和間隙原子都陷對材料性能的影響多關鍵應用中受到了點缺陷的影響，其中點響了金屬性質，并因為與位錯強烈的相互作能正常工作取決于空位和間隙原子的形成及重要物理因素：首先，自間隙原子會導致周形成能非常高，對于許多金屬約為 4-5eV。隙團簇的遷移能量很低，，通常為 0.1-0.2eV

第二章 計算模擬方法一、 分子動力學方法（一） 分子動力學簡介分子動力學（MD)方法是一種原子尺度上的計算模擬方法，其整體思想是采用牛頓運動方程或拉格朗日、哈密頓方程，通過考察原子或分子的運動以達到研究多粒子體系物理性質的目的隨著計算科學及計算機運算能力的迅猛發(fā)展，分子動力學方法得到了快速的發(fā)展和廣泛的應用，使其成為計算材料科學中原子尺度模擬的重要方法。
【學位授予單位】：沈陽師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TL341

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