BCC相Nb-Mo合金单轴应力的形变和点缺陷的计算

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在受到外力的作用下,一个完整晶体的晶体结构的变化的研究意义在于:一方面,是研究完整晶体的理论强度和完整晶体的结构响应所需要的前提条件和必要条件;另一方面,也是研究弹性理论时所需要解决的必要问题。研究发现,在很大程度上讲,许多微结构上的变化,比如断层,位错的运动,微裂纹的扩展以及晶界的相对滑动等等现象的出现,以及其它的细微结构特征上的一些变化,都会使材料的强度发生较大程度上的改变,从而影响材料的性质。由于不同的应力模式,晶体的形变也就不同。原子的迁移与点缺陷是密切相关,在材料的扩散中显得尤为重要。材料的点缺陷主要包含两大类,分别是空位和自间隙原子。我们对于空位和自间隙原子进行比较,发现鉴于在空位时的晶体缺陷的热力学稳定性要比自间隙原子时的稳定性好,再加上,空位时比间隙原子时更容易迁移,也因此,空位迁移机制是扩散机制中的主要迁移机制。同时,在正常状态下,比较难以形成自间隙原子。但是如果是在某些特殊条件下,比如辐照等条件下,自间隙原子就会大量密集的存在,也因此,自间隙原子的形成与迁移也是一种比较重要的迁移机制。方面来讲,原子的迁移与点缺陷对于航空航天材料以及核材料等高科技特殊材料的性能方面会有较严重的影响,影响材料的安全性。另一方面来讲,我们可以通过应用MAEAM的理论模型,来比较方便快捷的研究出材料的空位以及自间隙原子等的一些基本性质。通过这些性质的研究,更加有利于探讨材料可能发生的迁移机制,并且还可以对许多的材料,尤其是一些特殊材料的扩散补充提供一些基本数据,便于研究材料的一些未知性质。本文以MAEAM为理论基础,以BCC相Nb-Mo合金为研究对象,探讨不同的载荷模式,晶体的形变也就不同,以及可能发生的微观迁移机制。1. [100]方向沿四方路径α2≡α3单轴应力,通过计算,分析形变情况找到的三个应力为零的点:当a1=0.32229nm时,对应的晶格参量a1=a2=a3=0.32229nm,压应力σ11=0,单个原子内部能量E为最小值E=-14.69343eV,此时合金晶胞结构呈为BCC结构。当a1=0.40329nm时,对应的晶格参量a2=a3=0.28819nm,满足条件a1=(?),压应力σ11=0,单个原子内部能量是局域能量最大值为E=-14.45612eV,出现了一个体心立方结构(FCC).当a1=0.46229nm时,对应的晶格参量a2=a3=0.2663nm,压应力σ11=0,单个原子内部能量E为局域最小值E=-14.56035eV,亚稳定的体心四方即mBCT.2.单空位形成能和空位迁移机制的计算。通过计算能量的最低值,从而确定B2型Nb-Mo合金的晶格常数以及形成能。通过计算得到:Nb和Mo的单空位形成能VNb和VMo;Nb原子占据Mo原子子晶格和Mo原子占据Nb子晶格的反位置缺陷,分别表示为NbMo和MoNb;具有八面体位置的Nb和Mo的自间隙原子,分别表示为INb和IMo。这里,反位置缺陷NbMo和MoNb更是与能量的最低值密切相关。空位的迁移与激活能的确定取决于能量-迁移曲线。有以下七种迁移机制:(1)1NNJ;(2) 1NNNJ;(3)S[100]6NNCJ;(4)B[100]6NNCJ:(5)1TNNJ; (6)[110]6NNCJ;以及(7)1IAJ。通过计算可知,Nb单空位中最佳迁移机制有三种,依次是S[110]6NNCJ,B[100]6NNCJ以及[100]6NNCJ.并且,Mo单空位中最佳迁移机制也有三种,依次是B[100]6NNCJ,S[110]6NNCJ以及[100]6NNCJ.
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