鈦輻照損傷中溫度效應(yīng)及晶界作用計(jì)算研究.pdf

1、核結(jié)構(gòu)材料的輻照損傷失效行為是制約核電發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題之一，輻照誘發(fā)點(diǎn)缺陷經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的演化和積累會(huì)對(duì)材料的宏觀性能造成嚴(yán)重的影響，最終使材料失效?！盁岱濉迸c“離位峰”對(duì)材料中輻照誘發(fā)缺陷的演化及分布有非常中要的影響，研究表明材料中的晶界對(duì)于提高材料的抗輻照性能有很重要的作用，然而在很多研究中只是定性的給出了“熱峰”和“離位峰”區(qū)域大小及分布，而且人們對(duì)晶界對(duì)輻照誘發(fā)點(diǎn)缺陷的吸收機(jī)理也沒(méi)有給出一致而確切的結(jié)論，因此對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行深入研究對(duì)

2、于理解材料的輻照損傷行為非常有必要。
　　本文采用了根據(jù)級(jí)聯(lián)碰撞特點(diǎn)調(diào)整后的分子動(dòng)力學(xué)方法，模擬了hcp-Ti的中子輻照損傷行為，分析了不同條件下輻照誘發(fā)點(diǎn)缺陷形成及演化規(guī)律，重點(diǎn)通過(guò)輻照損傷溫度效應(yīng)探討了“熱峰”和“離位峰”區(qū)域大小及原子分布情況，并根據(jù)晶界區(qū)域固有缺陷深入研究了不同結(jié)構(gòu)晶界與輻照誘發(fā)點(diǎn)缺陷的交互作用。
　　單晶體系缺陷形成演化研究主要得出以下規(guī)律:a）hcp-Ti在輻照損傷過(guò)程中有較強(qiáng)的缺陷復(fù)合能力，PK

3、A能量大于離位閾能時(shí)體系內(nèi)也不一定產(chǎn)生Frenkel缺陷對(duì)，離位閾能值存在著非常明顯的各向異性特點(diǎn)，結(jié)果表明在原子密排方向離位閾值最小，而且隨溫度升高，不同方向的離位閾值有減小的趨勢(shì);b）較高的溫度條件下，有更多的離位原子能夠運(yùn)動(dòng)到離初始位置較遠(yuǎn)的地方，傾向于形成更多的穩(wěn)定Frenkel缺陷對(duì)，缺陷演化分析結(jié)果也表明，溫度升高穩(wěn)定缺陷數(shù)有增加的趨勢(shì);c）穩(wěn)定狀態(tài)下體系缺陷團(tuán)簇分析發(fā)現(xiàn)，hcp-Ti體系中相同條件下間隙原子團(tuán)簇分?jǐn)?shù)明顯要高

4、于空位團(tuán)簇分?jǐn)?shù)，溫度對(duì)間隙原子團(tuán)簇?cái)?shù)量及大小都有很大的影響，但是對(duì)空位團(tuán)簇分?jǐn)?shù)影響不大。
　　輻照過(guò)程中溫度效應(yīng)研究表明，級(jí)聯(lián)碰撞階段在0.4ps左右基本結(jié)束，小立方體模型分析方法比球殼模型分析方法能夠更加準(zhǔn)確的分析出體系內(nèi)溫度場(chǎng)的分布、熔化區(qū)域大小和持續(xù)時(shí)間，結(jié)果顯示熔化區(qū)域大小和持續(xù)時(shí)間與PKA能量和溫度增加而增加;原子徑向分布函數(shù)分析結(jié)果表明熔化區(qū)域存在明顯的液化現(xiàn)象。
　　晶界作用研究體系主要包括兩部分:雙晶體系和多

5、晶體系，雙晶體系研究結(jié)果顯示，Σ38<0001>{7180}晶界和Σ2<0001>{1120}晶界的晶界區(qū)域可以分別用位錯(cuò)模型和空位來(lái)描述，位錯(cuò)的點(diǎn)缺陷阱模型和空位與點(diǎn)缺陷相互作用特點(diǎn)可以很好的對(duì)這兩種晶界在輻照穩(wěn)定階段晶粒內(nèi)空位與間隙原子隨PKA原子距晶界中距離d變化特點(diǎn)給出解釋;輻照過(guò)程中空位組成的晶界比位錯(cuò)組成的晶界對(duì)高能量原子的阻礙作用更強(qiáng)，溫度升高會(huì)削弱晶界對(duì)高能原子的阻礙作用;多晶體系分析結(jié)果表明，三個(gè)晶粒連接處最容易受到輻