摘要纳米尺度的金属多层膜在屈服应力、塑性、抗腐蚀性能等方面具有特殊的性能。
目前它已被广泛应用于航空航天、机械制造、电子技术、光学工程及计算机工程等各个领域。
而在薄膜材料的应用过程中,薄膜的使用寿命和可靠性是人们普遍关注的焦点问题。
界面的结合性能是影响多层膜寿命和可靠性的关键指标,而位错和界面的相互作用机理决定着界面的结合性能,即位错和界面的相互作用机理在薄膜的使用寿命和可靠性方面扮演着关键角色。
因此对位错和界面的相互作用机理的研究就显得特别有价值和意义。
随着高性能计算机的发展,原子模拟已成为材料性能预测与设计方面一种有效的方法。
本文用三维分子动力学方法研究了位错和界面的相互作用机理,具体如下:首先,用分子动力学方法研究了侧向拉伸载荷下位错从bcc-Fe/Ni界面的形核和发射过程。
弛豫后,在Fe(0 0 1)/Ni(0 0 1)和Fe(0 0 1)/Ni(1 1 1)界面观察到无序的失配位错网络,Fe(0 0 1)/Ni(1 1 0)界面观察到长方形的失配位错网络。
研究了晶体取向对Fe/Ni 双层膜拉伸性能的影响。
不同取向的对比发现Fe(0 0 1)/Ni(1 1 0)系统的屈服强度最低。
和Fe薄膜进行了对比,发现Fe/Ni双层膜系统的塑性高于Fe薄膜的,而屈服强度低于Fe薄膜的。
模拟结果显示,界面是位错的发射源,滑移位错从界面的失配位错线形核和发射。
同时界面也会阻碍位错运动,随着拉伸的进行,Fe层中越来越多的位错被塞积在界面处,当到达到临界值时,迫使位错穿过Fe/Ni界面,从Fe层到Ni层。
在Fe基体中位错主要在{1 0 1}面滑移,而在Ni中主要在{1 1 1}面滑移。
其次,用分子动力学模拟了单轴拉伸载荷下不同扭转角的Cu(001)/Ni(001)界面的结合性能。
模拟结果显示,当扭转角小于15.124度时,界面形成方格状的失配位错网络,界面失配位错网络的密度随着扭转角的增加而增加。
当扭转角大于15.124度时,在界面形成面缺陷。
晶体缺陷习题与答案1 解释以下基本概念肖脱基空位、弗仑克尔空位、刃型位错、螺型位错、混合位错、柏氏矢量、位错密度、位错的滑移、位错的攀移、弗兰克—瑞德源、派—纳力、单位位错、不全位错、堆垛层错、汤普森四面体、位错反应、扩展位错、表面能、界面能、对称倾侧晶界、重合位置点阵、共格界面、失配度、非共格界面、内吸附。
2 指出图中各段位错的性质，并说明刃型位错部分的多余半原子面。
3 如图，某晶体的滑移面上有一柏氏矢量为b 的位错环，并受到一均匀切应力τ。
(1)分析该位错环各段位错的结构类型。
(2)求各段位错线所受的力的大小及方向。
(3)在τ的作用下，该位错环将如何运动?(4)在τ的作用下，若使此位错环在晶体中稳定不动，其最小半径应为多大?4 面心立方晶体中，在(111)面上的单位位错]101[2ab =，在(111)面上分解为两个肖克莱不全位错，请写出该位错反应，并证明所形成的扩展位错的宽度由下式给出πγ242Gb s d ≈(G 切变模量，γ层错能)。
5 已知单位位错]011[2a能与肖克莱不全位错]112[6a 相结合形成弗兰克不全位错，试说明：（1）新生成的弗兰克不全位错的柏氏矢量。
(2)判定此位错反应能否进行？(3)这个位错为什么称固定位错?6 判定下列位错反应能否进行?若能进行，试在晶胞上作出矢量图。
(1)]001[]111[]111[22a a a→+(2)]211[]112[]110[662a a a+→(3)]111[]111[]112[263a a a→+7 试分析在(111)面上运动的柏氏矢量为]101[2a b =的螺位错受阻时，能否通过交滑移转移到(111)，(111)，(111)面中的某个面上继续运动?为什么?8 根据晶粒的位向差及其结构特点，晶界有哪些类型?有何特点属性?9 直接观察铝试样，在晶粒内部位错密度为5×1013/m 2，如果亚晶间的角度为5o ，试估算界面上的位错间距(铝的晶格常数a=2.8×10-10m)。
晶体缺陷习题与答案1解释以下基本概念肖脱基空位、弗仑克尔空位、刃型位错、螺型位错、混合位错、柏氏矢量、位错密度、位错的滑移、位错的攀移、弗兰克—瑞德源、派—纳力、单位位错、不全位错、堆垛层错、汤普森四面体、位错反应、扩展位错、表面能、界面能、对称倾侧晶界、重合位置点阵、共格界面、失配度、非共格界面、内吸附。
2指出图中各段位错的性质，并说明刃型位错部分的多余半原子面。
3如图，某晶体的滑移面上有一柏氏矢量为b的位错环，并受到一均匀切应力(1)分析该位错环各段位错的结构类型。
(2)求各段位错线所受的力的大小及方向。
(3)在的作用下，该位错环将如何运动(4)在的作用下，若使此位错环在晶体中稳定不动，其最小半径应为多大4面心立方晶体中，在(111)面上的单位位错ba2[110]，在(111)面上分解为两个肖克莱不Gb242全位错，请写出该位错反应，并证明所形成的扩展位错的宽度由下式给出d模量，层错能)。
(G切变[101]能与肖克莱不全位错a[121]相结合形成弗兰克不全位错，试说明：5已知单位位错a26（1）新生成的弗兰克不全位错的柏氏矢量。
(2)判定此位错反应能否进行？(3)这个位错为什么称固定位错6判定下列位错反应能否进行若能进行，试在晶胞上作出矢量图。
[111]a[111]a[001](1)a22[110](2)a2a6[121]a6[211][111]a2[112]a[111](3)a36a27试分析在(111)面上运动的柏氏矢量为b[110]的螺位错受阻时，能否通过交滑移转移到(111)，(111)，(111)面中的某个面上继续运动为什么8根据晶粒的位向差及其结构特点，晶界有哪些类型有何特点属性132o9直接观察铝试样，在晶粒内部位错密度为5某10/m，如果亚晶间的角度为5，试估算界面上的位错间距(铝的晶格常数a=2.8某10-10m)。
1.设铜中空位周围原子的振动频率为1013-1，⊿Em为0.15γTM10-18J，e某p(⊿Sm/k)约为1，试计算在700K和室温(27℃)时空位的迁移频率。
