Cu刃型扩展位错附近局部应变场的原子模拟研究-物理学报.PDF

物理学报 Acta Phys. Sin. Vol. 63, No. 7 (2014) 076103 Cu刃型扩展位错附近局部应变场的 原子模拟研究∗ 邵宇飞 杨鑫 李久会 赵星 1)(辽宁工程技术大学, 应用物理与技术研究所, 葫芦岛 125105) 2)(辽宁工业大学, 理学院, 锦州 121001) ( 2013 年9 月27 日收到; 2013 年12 月24 日收到修改稿) 通过结合virial 应变分析技术的准连续介质多尺度模拟方法研究了金属Cu 刃型扩展位错的局部应变 场. 结果表明在距离位错核心几十纳米的区域内晶体处于小变形状态, virial 应变计算结果与弹性理论预测 结果符合得相当好, 当距离位错核心仅几纳米时, 晶格畸变加剧, virial 应变极大值出现在扩展位错两端的 Shockley 分位错芯部. 进一步分析表明Shockley 分位错芯部严重畸变区大致呈长轴7 、短轴3 的椭圆形, 其中 为分位错柏氏矢量的长度. 关键词: 位错, 应变分析, 原子模拟, 多尺度 PACS: 61.72.Lk, 81.40.Jj, 07.05.Tp DOI: 10.7498/aps.63.076103 仍需第一原理计算、分子动力学模拟等其他研究 1 引 言 手段的帮助1516 . 例如, Woodard 等通过第一原 理计算澄清了金属Al 中⟨110⟩/2 扩展位错的两个 17 金属材料的力学行为在很大程度上取决于材 Shockley 分位错之间的距离 ; 王崇愚等通过分 料的各种微观缺陷. 在这些缺陷中, 位错是一种普 子动力学模拟研究了bcc Fe 中刃型位错的结构和 18 遍存在而又十分重要的线状缺陷. 它往往与金属材 能量 . 料的强度、韧性等力学性能, 以及偏聚、腐蚀等化学 近年来, 人们对金属Cu 中的位错做了大量实 12 19 行为密切相关 . 特别地, 随着金属晶粒的特征 验和模拟研究工作 . Jin 等根据分子动力学模拟 尺寸进入纳米量级, 位错与晶界等缺陷的相互作用 系统地分析了扩展位错与共格孪晶界之间的相互 过程日益引起人们的关注3−10 . 因此, 如何在原子 作用过程, 他们发现在扩展位错与孪晶界的相遇处 尺度上研究位错是一个十分必要的问题. 会遗留下Shockley 分位错, 而这些位错-孪晶界相 一般地, 人们通过高分辨电子显微镜等实验 互作用过程与Shockley 分位错形核所需克服的能 1112 20 工具研究位错核心的结构和性质 . Zhao 等通 垒密切相关 . Wang 等通过原位高分辨电子显 过结合几何相位分析(geometric phase analysis) 的 微镜发现在孪晶界的影响下扩展位错的宽度会发 电镜观察手段研究了Au, Al 中刃型位错的位移场 生变化, 并