分子动力学模拟位错和界面的相互作用

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1、学校代码10530学号200910081121分类号密级硕士学位论文分子动力学模拟位错和界面的相互作用学位申请人周银库指导教师陈尚达副教授学院名称材料与光电物理学院学科专业材料科学与工程研究方向金属薄膜的力学性能二零一二年五月MoleculardynamicssimulationsofinteractionbetweendislocationsandinterfacesCandidateYinkuZhouSupervisorShangdaChen(AssociateProfessor)CollegeFacultyofMater

2、ials,OptoelectronicsandPhysicsProgramMaterialScienceandEngineeringSpecializationMechanicalPropertiesofmetalfilmDegreeEngineeringMasterUniversityXiangtanUniversityDateMay,2012湘潭大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成

3、果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湘潭大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日摘要纳米尺度的金属多层膜在屈服应力、塑性

4、、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

5、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(001)/Ni(001)和Fe(001)/Ni(111)界面观察到无序的失配位错网络，Fe(001)/Ni(110)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(001)/Ni(110)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

6、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{101}面滑移，而在Ni中主要在{111}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。模拟发现界面构型对C

7、u/Ni系统的界面强度有着非常显著的影响。随着扭转角的增加屈服应力首先减小，直到扭转角为5.906度的最小值，然后增加，当其达到扭转角为15.124度的最大值后，又开始减小，最后当扭转角约大于20度，屈服应力几乎趋于一稳定的值。关键词：分子动力学；界面；滑移位错；失配位错VABSTRACTNanoscalemultilayeredcompositesoftenpossessextraordinarymechanicalpropertiesintermsofyieldstress,ductility,andwearresista

8、nt.Nowithasbeenwidelyusedinaerospace,mechanicalmanufacturing,electronics,opticalengineeringandcomputerengineeringfields.Intheappliedproces