《體心立方金屬中螺位錯運動機理的溫度效應理論研究》是依託太原理工大學，由劉瑞萍擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：體心立方金屬中螺位錯運動機理的溫度效應理論研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：劉瑞萍
- 依託單位：太原理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
螺位錯對於體心立方材料至關重要，因為它的運動決定著材料的塑性形變，但由於螺位錯具有三維分解的複雜芯結構以及多個滑移面，因此對螺位錯的研究主要集中在數值計算方面，在理論方面的研究則相對較少。在目前研究位錯的理論中，都不包含溫度效應的影響，而體心立方材料的韌脆轉變和螺位錯的扭折對運動機理都與溫度密切相關，因此現有理論無力研究螺位錯運動機理的溫度效應問題。此外，雖然泛化的Peierls-Naborra(P-N)模型與螺位錯的多重芯結構相對應，但此模型建立在連續彈性理論基礎上沒有完全考慮晶格離散效應的影響。本項目將從泛化的P-N模型以及位錯晶格理論出發，基於密度泛函理論計算材料的聲子譜以及與螺位錯的多重芯結構相對應的廣義層錯能來建立包含溫度效應並與螺位錯性質相匹配的位錯模型，並研究芯結構的原子排列位形、Peierls應力以及扭折對的形成能與溫度的關係，進而在理論上揭示出溫度對螺位錯運動機理的影響。
結題摘要
在BCC晶體中，螺位錯的運動機制對材料的塑性形變有著重要影響，而且溫度的增加會加劇晶格振動，從而對位錯的芯結構以及位錯運動機制有著重要影響，因此，在研究BCC晶體材料中的螺位錯時，需要考慮溫度效應的影響。在目前研究位錯的理論中，都不包含溫度效應的影響，因此無從得知考慮溫度效應後的相關位錯性質。本項目基於密度泛函理論的第一性原理和位錯晶格理論對BCC晶體中的螺位錯進行了溫度效應的研究。主要研究成果有：1. 給出了考慮溫度效應後的廣義層錯能的計算方法，並在根據第一性原理計算得到的聲子譜的基礎上，計算了BCC晶體材料的廣義層錯能；2. 給出了包含溫度效應的位錯方程，並給出了位錯方程中相關物理參量隨溫度變化關係的計算方法；3. 具體研究了BCC晶體材料Ta和Mo中螺位錯(110)面廣義層錯能隨溫度的變化關係，以及兩種材料中的螺位錯芯寬度、Peierls應力、位移場、位錯密度隨溫度的變化關係。研究發現，對於Ta，隨著溫度升高，位錯寬度以伯格斯矢量為單位逐漸降低，Peierls應力逐漸增加，而Mo中螺位錯受溫度的影響則剛好與Ta相反，但是兩種材料受溫度的影響並不是非常顯著，尤其是，兩種材料的位移場和位錯密度幾乎不受溫度的影響，這暗示了螺位錯運動時可能並沒有改變它的芯結構。 通過基金委對本項目的支持，項目負責人得以迅速成長，在項目組成員的共同努力下，基本完成了預期的目標。本項目協助培養碩士畢業生2名，培養在讀碩士生3名，本項目的部分研究成果，以項目負責人為第一作者的3篇論文以及為通訊作者的1篇論文共4篇(本項目皆為第一標註)將於2018年發表出版，並將在這些論文發表後對項目成果進行追加。
