分子动力学模位错和界面的相互作用.doc

学校代码 10530 学 号 200910081121 分 类 号 密 级 硕 士 学 位 论 文 分子动力学模拟位错和界面的相互作用 学 位 申 请 人 周银库 指 导 教 师 陈尚达 副教授 学 院 名 称 材料与光电物理学院 学 科 专 业 材料科学与工程 研 究 方 向 金属薄膜的力学性能 二零一二年五月 Molecular dynamics simulations of interaction between dislocations and interfaces Candidate Yinku Zhou Supervisor Shangda Chen (Associate Professor) College Faculty of Materials, Optoelectronics and Physics Program Material Science and Engineering Specialization Mechanical Properties of metal film Degree Engineering Master University Xiangtan University Date May, 2012  湘潭大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湘潭大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名： 日期： 年 月 日 导师签名： 日期： 年 月 日 摘 要 纳米尺度的金属多层膜在屈服应力、塑性、抗腐蚀性能等方面具有特殊的性能。目前它已被广泛应用于航空航天、机械制造、电子技术、光学工程及计算机工程等各个领域。而在薄膜材料的应用过程中，薄膜的使用寿命和可靠性是人们普遍关注的焦点问题。界面的结合性能是影响多层膜寿命和可靠性的关键指标，而位错和界面的相互作用机理决定着界面的结合性能，即位错和界面的相互作用机理在薄膜的使用寿命和可靠性方面扮演着关键角色。因此对位错和界面的相互作用机理的研究就显得特别有价值和意义。随着高性能计算机的发展，原子模拟已成为材料性能预测与设计方面一种有效的方法。 本文用三维分子动力学方法研究了位错和界面的相互作用机理，具体如下： 首先，用分子动力学方法研究了侧向拉伸载荷下位错从bcc-Fe/Ni界面的形核和发射过程。弛豫后，在Fe(0 0 1)/Ni(0 0 1)和Fe(0 0 1)/Ni(1 1 1)界面观察到无序的失配位错网络，Fe(0 0 1)/Ni(1 1 0)界面观察到长方形的失配位错网络。研究了晶体取向对Fe/Ni双层膜拉伸性能的影响。不同取向的对比发现Fe(0 0 1)/Ni(1 1 0)系统的屈服强度最低。和Fe薄膜进行了对比，发现Fe/Ni双层膜系统的塑性高于Fe薄膜的，而屈服强度低于Fe薄膜的。模拟结果显示，界面是位错的发射源，滑移位错从界面的失配位错线形核和发射。同时界面也会阻碍位错运动，随着拉伸的进行，Fe层中越来越多的位错被塞积在界面处，当到达到临界值