鋯中1-3[11(2)0]型刃位錯(cuò)與缺陷障礙物的反應(yīng).pdf

1、鋯及鋯合金是廣泛應(yīng)用于核電站的重要的結(jié)構(gòu)材料，它們的性質(zhì)影響了燃料組件在操作、運(yùn)輸和儲(chǔ)存上的壽命和安全性。在輻照環(huán)境中，高能粒子的級(jí)聯(lián)碰撞散射在金屬內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生各種形狀和尺寸的微結(jié)構(gòu)，如缺陷團(tuán)簇、微空洞和位錯(cuò)。在塑性形變中，這些缺陷結(jié)構(gòu)阻礙了位錯(cuò)移動(dòng)并形成位錯(cuò)積累導(dǎo)致金屬發(fā)生塑性硬化及延展性降低。因此，研究純鋯晶體的缺陷以及在輻照條件下的演變對(duì)深入理解核結(jié)構(gòu)鋯合金的性能及其演變具有重要的意義。本文采用嵌入原子相互作用勢(shì)(EAM)，通過分子

2、動(dòng)力學(xué)方法分別模擬了空洞、析出物、間隙原子團(tuán)簇與1/3[1120]型刃位錯(cuò)的反應(yīng)及相互作用。
　　首先用鋯的嵌入原子相互作用勢(shì)計(jì)算了鋯的物理性質(zhì)及點(diǎn)缺陷性質(zhì)，計(jì)算得到的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值和已有的文獻(xiàn)報(bào)道結(jié)果相符，說明所采用的鋯的相互作用勢(shì)是合理的。
　　然后，分別計(jì)算了1/3<1120>(0001)刃位錯(cuò)和1/3<1120>(1100)刃位錯(cuò)的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，并通過其γ面來驗(yàn)證其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。發(fā)現(xiàn)1/3<1120>(0001)刃位錯(cuò)會(huì)分

3、解為兩個(gè)<1010>部分位錯(cuò)，而1/3<1120>(1100)刃位錯(cuò)則保持其全位錯(cuò)結(jié)構(gòu)。計(jì)算了兩種位錯(cuò)滑移時(shí)所需的切應(yīng)力，發(fā)現(xiàn)在相同溫度下，柱面滑移所需的切應(yīng)力大小為基面滑移的5倍之多。
　　最后分別研究了空洞、析出物、間隙原子團(tuán)簇對(duì)兩種刃位錯(cuò)的阻礙及位錯(cuò)通過障礙物的機(jī)制。結(jié)果表明:障礙物對(duì)1/3<1120>(0001)刃位錯(cuò)的阻礙作用要比其對(duì)1/3<1120>(1100)刃位錯(cuò)的作用大得多，且當(dāng)溫度、應(yīng)變率、障礙物的大小、間距改

4、變時(shí)，1/3<1120>(0001)刃位錯(cuò)的切應(yīng)力會(huì)增大100％至300％。而1/3<1120>(1100)刃位錯(cuò)則僅增大20％。
　　對(duì)位錯(cuò)線掙脫空洞的機(jī)制，兩者行為相似，均通過吸收空位原子進(jìn)行攀移。而位錯(cuò)線掙脫析出物的機(jī)制，兩者有所不同，1/3<1120>(0001)刃位錯(cuò)通過位錯(cuò)環(huán)的分離離開析出物，而1/3<1120>(1100)位錯(cuò)共有三種可能的掙脫機(jī)制。對(duì)于相同大小的自間隙原子團(tuán)簇，1/3<1120>(0001)位錯(cuò)會(huì)將