納米孿晶多晶結(jié)構(gòu)中孿晶和晶粒交互演化的數(shù)值模擬.pdf

1、納米孿晶多晶材料由于存在大量高密度共格/非共格孿晶界，可以同時具有高強和高韌的卓越性質(zhì)已經(jīng)成為研究的焦點。這種高強高韌的卓越性質(zhì)具有尺寸效應(yīng)，依賴于孿晶的寬度以及晶粒尺寸。最近，有人通過金納米薄膜受疲勞載荷作用的實驗，基于原子尺度的觀察和分析，發(fā)現(xiàn)在納米尺度上，孿晶可以有效地協(xié)助晶粒粗化、生長。探究和理解這種現(xiàn)象的物理機制對于材料微結(jié)構(gòu)設(shè)計和獲得高強高韌材料有著重要意義。本文通過結(jié)合晶粒生長模型和孿晶形核生長模型建立了一個統(tǒng)一的連續(xù)相場

2、模型，分別在雙晶構(gòu)型和多晶構(gòu)型中模擬了不同條件對孿晶形成和晶粒生長之間關(guān)系的影響，進一步為了從原子尺度觀察行為，用晶體相場法進行了初步嘗試，主要工作可歸納如下:
　　基于傳統(tǒng)的晶粒生長相場模型和孿晶形核生長相場模型，發(fā)展了一個可用于模擬孿晶形成和晶粒生長之間關(guān)系的相場模型。該模型基于體系彈性能和界面能之間競爭的熱力學(xué)分析，本征應(yīng)變中（體現(xiàn)晶粒和孿晶的耦合作用）既包含晶粒序參量、又包含孿晶序參量，把體系的總自由能表示成晶粒、孿晶序參

3、量的函數(shù)，分別帶入晶粒、孿晶的相場動力學(xué)演化方程，讓兩者同時演化。測量孿晶變體各項異性生長的角度和孿晶理論不變平面應(yīng)變的取向完全一致，初步證明了第二章建立的相場模型的正確性和可行性。
　　在雙晶構(gòu)型中探究了外載、晶粒間取向錯配角對孿晶形成和晶粒生長之間關(guān)系的影響。在一定的外載作用下，調(diào)節(jié)晶粒間取向錯配角，我們得到了孿晶形成與晶粒生長之間的三種微觀結(jié)構(gòu)演化模態(tài);進一步調(diào)節(jié)外載、晶粒間取向錯配角，通過大量的數(shù)值模擬，我們得到了這兩個參

4、數(shù)控制下孿晶形成和晶粒生長之間微觀結(jié)構(gòu)三種演化模態(tài)構(gòu)成的相圖。
　　隨機生成一個多晶構(gòu)型，將雙晶構(gòu)型拓展為多晶構(gòu)型，模擬了任意多晶構(gòu)型下孿晶形成和晶粒生長之間的關(guān)系，比較傳統(tǒng)晶粒生長模型和第二章建立相場模型下的模擬結(jié)果，我們得到孿晶形成可以有效促進晶粒生長;在建立的相場模型中比較不同外載對模擬結(jié)果的影響，我們得到外載存在一個臨界值，只有大于臨界值時，孿晶才能形成進而促進晶粒生長，并且外載越大，晶粒生長速率越快，孿晶促進晶粒生長的效

5、果越顯著;考慮了動力學(xué)因素，比較了孿晶遷移率與晶界遷移率相當(dāng)及孿晶遷移率遠(yuǎn)大于晶界遷移率、孿晶遷移率遠(yuǎn)小于晶界遷移率等情況，發(fā)現(xiàn)只有當(dāng)孿晶遷移率和晶粒遷移率相當(dāng)時，孿晶形成并能有效促進晶粒生長，并且繪制了多晶構(gòu)型中孿晶與晶粒耦合微觀結(jié)構(gòu)的演化過程，發(fā)現(xiàn)仍然存在類似于雙晶構(gòu)型下孿晶形成和晶粒生長之間的三種微觀結(jié)構(gòu)演化模態(tài)。
　　運用晶體相場法，我們模擬得到了孿晶的原子排列結(jié)構(gòu)，并在單軸壓縮條件下，模擬了不同晶粒取向錯配角時孿晶界和晶