分子動力學(xué)模擬位錯和界面的相互作用.pdf

1、納米尺度的金屬多層膜在屈服應(yīng)力、塑性、抗腐蝕性能等方面具有特殊的性能。目前它已被廣泛應(yīng)用于航空航天、機械制造、電子技術(shù)、光學(xué)工程及計算機工程等各個領(lǐng)域。而在薄膜材料的應(yīng)用過程中,薄膜的使用壽命和可靠性是人們普遍關(guān)注的焦點問題。界面的結(jié)合性能是影響多層膜壽命和可靠性的關(guān)鍵指標,而位錯和界面的相互作用機理決定著界面的結(jié)合性能,即位錯和界面的相互作用機理在薄膜的使用壽命和可靠性方面扮演著關(guān)鍵角色。因此對位錯和界面的相互作用機理的研究就顯得特別

2、有價值和意義。隨著高性能計算機的發(fā)展,原子模擬已成為材料性能預(yù)測與設(shè)計方面一種有效的方法。本文用三維分子動力學(xué)方法研究了位錯和界面的相互作用機理,具體如下:
　　首先,用分子動力學(xué)方法研究了側(cè)向拉伸載荷下位錯從 bcc-Fe/Ni界面的形核和發(fā)射過程。弛豫后,在Fe(001)/Ni(001)和Fe(001)/Ni(111)界面觀察到無序的失配位錯網(wǎng)絡(luò),Fe(001)/Ni(110)界面觀察到長方形的失配位錯網(wǎng)絡(luò)。研究了晶體取向?qū)

3、e/Ni雙層膜拉伸性能的影響。不同取向的對比發(fā)現(xiàn)Fe(001)/Ni(110)系統(tǒng)的屈服強度最低。和Fe薄膜進行了對比,發(fā)現(xiàn)Fe/Ni雙層膜系統(tǒng)的塑性高于Fe薄膜的,而屈服強度低于Fe薄膜的。模擬結(jié)果顯示,界面是位錯的發(fā)射源,滑移位錯從界面的失配位錯線形核和發(fā)射。同時界面也會阻礙位錯運動,隨著拉伸的進行,Fe層中越來越多的位錯被塞積在界面處,當?shù)竭_到臨界值時,迫使位錯穿過Fe/Ni界面,從Fe層到Ni層。在Fe基體中位錯主要在{101}

4、面滑移,而在Ni中主要在{111}面滑移。
　　其次,用分子動力學(xué)模擬了單軸拉伸載荷下不同扭轉(zhuǎn)角的Cu(001)/Ni(001)界面的結(jié)合性能。模擬結(jié)果顯示,當扭轉(zhuǎn)角小于15.124度時,界面形成方格狀的失配位錯網(wǎng)絡(luò),界面失配位錯網(wǎng)絡(luò)的密度隨著扭轉(zhuǎn)角的增加而增加。當扭轉(zhuǎn)角大于15.124度時,在界面形成面缺陷。模擬發(fā)現(xiàn)界面構(gòu)型對Cu/Ni系統(tǒng)的界面強度有著非常顯著的影響。隨著扭轉(zhuǎn)角的增加屈服應(yīng)力首先減小,直到扭轉(zhuǎn)角為5.906度的