金屬銅中輻照損傷的分子動(dòng)力學(xué)模擬.pdf

1、材料在強(qiáng)輻射條件下的輻照損傷行為是安全應(yīng)用核技術(shù)的關(guān)鍵因素之一，輻照誘發(fā)的點(diǎn)缺陷經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的演化和積累，會(huì)對(duì)材料的宏觀性能造成嚴(yán)重的影響，最終導(dǎo)致材料失效。研究材料的輻照損傷過(guò)程及輻照后的力學(xué)性能變化對(duì)設(shè)計(jì)制造抗輻照材料具有重要的指導(dǎo)意義。本文通過(guò)分子動(dòng)力學(xué)模擬研究了金屬銅在輻照損傷初級(jí)階段的級(jí)聯(lián)碰撞過(guò)程，以及輻照后在動(dòng)靜態(tài)加載下的力學(xué)響應(yīng)。
　　首先根據(jù)級(jí)聯(lián)碰撞過(guò)程的特殊性，對(duì)現(xiàn)有的EAM勢(shì)函數(shù)進(jìn)行了改進(jìn)，加入了適合級(jí)聯(lián)碰撞模擬

2、的ZBL勢(shì)函數(shù)。然后采用改進(jìn)后的勢(shì)函數(shù)研究了彈性預(yù)應(yīng)變場(chǎng)中的級(jí)聯(lián)碰撞過(guò)程。在單軸拉伸作用下，輻照不僅能導(dǎo)致點(diǎn)缺陷的產(chǎn)生，還能誘發(fā)位錯(cuò)、層錯(cuò)、孿晶、空洞等塑形變形發(fā)生。孿晶的形成是由于相互錯(cuò)開(kāi)的層錯(cuò)的重疊;而空洞的產(chǎn)生則是源于液體在拉伸作用下的空化現(xiàn)象。在確定的預(yù)應(yīng)變條件下，塑形變形的產(chǎn)生依賴于初級(jí)離位原子的能量。
　　本文研究了∑3<110>傾斜晶界與級(jí)聯(lián)碰撞的相互作用。晶界具有明顯的偏向吸收間隙原子的特性，而使材料內(nèi)部殘余大量的

3、空位。晶界對(duì)間隙原子的吸收效率隨著初級(jí)離位原子到晶界面距離和晶界傾斜角的變化而變化。當(dāng)級(jí)聯(lián)區(qū)與晶界面重疊時(shí)，輻照會(huì)導(dǎo)致晶界遷移的出現(xiàn)，源于熱峰區(qū)域的再結(jié)晶和同時(shí)發(fā)生的非對(duì)稱晶粒生長(zhǎng)。
　　完美單晶銅在輻照后，屈服應(yīng)力（屈服應(yīng)變）下降，是由于間隙原子造成了結(jié)構(gòu)畸變和應(yīng)力集中，降低了位錯(cuò)成核的臨界應(yīng)力。材料的楊氏模量隨著缺陷對(duì)濃度的增加而降低，二者呈線性關(guān)系。屈服應(yīng)力（屈服應(yīng)變）具有類似趨勢(shì)，但并不呈線性關(guān)系。
　　本文還研究了

4、嬗變氦泡對(duì)材料沖擊響應(yīng)的影響。沖擊加載下，氦泡內(nèi)壓能起到阻止氣泡塌陷的作用，但近表面的氦泡可能發(fā)生破裂，噴射出高速運(yùn)動(dòng)的氦原子和銅原子。當(dāng)氦原子聚集到一定程度，沒(méi)有加載的情況下，氦泡也能發(fā)生破裂，在材料表面留下凹坑。沖擊加載下，這些缺陷能形成射流。射流的速度、形態(tài)等參數(shù)受缺陷的結(jié)構(gòu)（幾何結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)）所影響。
　　本文的研究結(jié)果可對(duì)近年來(lái)報(bào)道的輻照下的空洞生長(zhǎng)、晶界遷移等實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象做出相應(yīng)的解釋，并對(duì)未來(lái)核材料的開(kāi)發(fā)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和