图 1。4螺型位错的滑移示意图[12]
(a)螺型位错原始位置,(b)位错向左移动一个原子间距,(c)滑移过程。
1。2。4 位错割阶与扭折
滑移过程有阻碍时,位错线的其中一部分线段先进行滑移的情况下, 这样就会形成曲折线段。若曲折在位错的滑移面上,则称为扭折(Kink)。扭折在线张力下极易消失[15]。若曲折垂直于位错的滑移面,称为割阶。割阶除攀移外几乎不能随原位错一起运动,而是阻碍位错运动。此外,位错会与穿过滑移面的其他位错的交割也会形成扭折和割阶[15]。
图1。5 刃型位错的攀移示意图[12]
(a)未攀移的位错,(b)正攀移(空位),(c)负攀移(间隙原子)。
1。3 位错与团簇相互作用的研究情况
1。3。1 临界切应力
1。3。2 位错对团簇结构的影响
2 分子动力学模拟
模拟测定在科学研究中的地位日益凸显,分子动力学模拟(molecular dynamics simulation ,MD)是其中的重要方法。MD通过模拟粒子运动,近似求解系统中全部粒子的运动方程,来研究材料性质的方法。利用MD方法研究物质宏观性质是由Alder和Wainwright分别于1957年[30]和1959年[31]从理想“硬球”液体模型开始的。Gibson等[32] 首次将MD方法应用于材料科学,研究晶体的辐照毁伤。目前MD方法被普遍应用与材料科学很大范畴[33]。
2。1 分子动力学模拟基本算法
MD方法把体系中的粒子看成一个个质心,用差分法求解牛顿运动方程,得到N个经典粒子在不同时刻的状态,由此推算体系在某一条件下的结构信息,具有沟通宏观特性与微观结构的作用[5]。整个过程有假定牛顿力学规律和粒子叠加原理恒成立。在此基础上,模拟多体体系中微观粒子间的相互作用, 获得粒子运动轨迹,再用统计力学计算物质宏观性能(构造和性质等)。如图2。1所示为MD的算法流程图。文献综述
2。1。1 算法核心
MD算法的核心是势函数的选择和运动方程的建立与求解。
势函数是建立分子动力学的基础,它决定了模拟过程的计算量以及模型的可信度[34]。如果选择了一个不好的势函数,后面算法再先进也得不到好的结果。本文选择Fe-Cu-Ni三元多体势函数[11] 研究Fe-Cu系统中螺型位错与铜纳米团簇的相互作用。该势函数在研究Fe-Cu系统与Fe-Cu-Ni系统时,与实验结果吻合的很好。
运动方程的建立与求解过程,:可以大致分为四步:建立模型;给定初始条件;趋于平衡计算;计算宏观物理量。此外模拟中还涉及边界条件的设置、库仑力的计算方法、温度和压力的控制技术等。其中周期性边界条件的引入,在大幅度减少处理的数据量的同时,避免了体系粒子数过少带来的表面效应。