非晶合金在離子輻照下的粘性流動機制

《非晶合金在離子輻照下的粘性流動機制》是依託中國科學院力學研究所，由魏炳忱擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：非晶合金在離子輻照下的粘性流動機制
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：魏炳忱
• 依託單位：中國科學院力學研究所

項目摘要

非晶態材料具有凍結的液體結構，但它並不像液體那樣流動，反而表現出巨觀脆性。在某些情況下一定的外加應力可以使非晶材料流動，這種流動的控制機制是什麼？這是材料物理界重要的科學問題。最近的一些研究結果顯示非晶合金的塑性流動也可以認為是應力導致的局域的玻璃轉變和局域液態結構的演化。這使人們對非晶合金的韌/脆性本質，及非晶合金流動的物理本質的認識有了新的思路。是否有方法可以直接地表征這種從玻璃態向液態轉變的過程？已有很多實驗結果證實非晶材料（包括非晶合金）在輻照下會產生特有的、顯著的各向異性塑性流動。本項目擬從系統研究不同非晶材料在輻照下流動特性及其差異入手，為理解控制非晶合金流動本質的提供重要的實驗依據。同時利用離子輻照實現納米尺度上的結構調控，也將有助於深入理解非晶合金流動以及韌/脆的本質原因。另外非晶合金在離子輻照下顯著的各向異性生長特性也將使其在納米雕刻等領域具有重要套用前景。

結題摘要

非晶態材料具有凍結的液體結構，但它並不像液體那樣流動，反而表現出巨觀脆性。本項目從系統研究不同非晶材料在輻照下流動特性及其差異入手，同時利用離子輻照實現納米尺度上的結構調控，有助於深入理解非晶合金流動以及韌/脆的本質原因。以Zr基、Ti基、La基非晶合金為研究對象，系統研究了該系列非晶合金在離子輻照下表面缺陷形成以及粘性流動特徵。主要結論如下： 1、對典型 Zr 基和Ti基非晶合金及若干同一Ti基合金體系在離子作用下的結構穩定性和表面流動特徵進行了對比研究，發現Ti基非晶合金的表面出現了兩種微米尺度的損傷坑輻照損傷：隕石坑狀和類泡狀。 2、發現Ti基非晶合金在直入射輻照下不僅表現出粘性流動現象，同時在樣品邊緣和孔周圍也呈現薄帶生長現象和自修復特徵，估算了輻照所致生成微納米薄帶的劑量閾值和粘性流動時的粘度大小，提出了輻照缺陷和各向異性應力是產生粘性流動的主控因素；對斜入射時表面產生的三種周期性波紋結構特徵進行了表征，提出表面受限流動理論來解釋直入射及斜入射時非晶合金表面形貌特徵及流動特性。 3、採用納米壓入方法和界面粘接方法研究了25 MeV C 離子和 Cl 離子對Ti基非晶合金力學性能以及變形行為的影響。 結果表明 Cl 離子輻照導致非晶合金顯著軟化，鋸齒流變現象減弱，Cl 離子對力學行為的顯著影響可歸因於高輻照損傷引入的自由體積或者高濃度原子尺度缺陷，而 C 離子輻照對非晶合金力學性能幾乎沒有影響。