Ti-Si-N復合表面中晶粒尺寸與其力學性能的關系.pdf

1、納米材料因其獨特的力學性能成為材料界研究的熱點，特別是晶粒尺寸對力學性能的影響備受關注。本研究的目的是根據(jù)不同晶粒尺寸所對應的應力-應變曲線，獲取晶粒尺寸與強度的關系，旨在找到強度的峰值。此項研究包括兩部分內容。
　　第一部分采用第一性原理研究了晶粒尺寸從0.6387nm至2.3419nm TiN晶體的力學性能。研究結果表明：TiN納米晶體的屈服強度隨著晶粒尺寸的增加而降低，其屈服強度大約為21.5GPa。應變?yōu)?％時，TiN開始

2、屈服，而從應力-應變曲線中可以看出抗拉強度發(fā)生在應變?yōu)?5%處，且隨著晶粒尺寸的增加，抗拉強度降低。本文將屈服強度的計算值與有限元方法的擬合值進行了對比分析，討論了實驗中TiN的微觀結構與硬度、彈性模量的關系。數(shù)據(jù)對比顯示，TiN試樣中缺陷對其硬度和強度都有很大的影響。
　　第二部分中首先開發(fā)了研究復合材料力學性能的動力學蒙特卡羅模擬（KMC）仿真程序。然后，采用該程序對晶粒尺寸從1.272nm至6.36nm（六邊形晶粒）和晶粒尺

3、寸從0.848nm至4.24nm（菱形晶粒）Ti-Si-N復合表面力學性能進行動力學蒙特卡羅模擬，模擬結果顯示，Ti-Si-N納米復合表面的最高強度所對應的晶粒尺寸：六邊形晶粒為3.816nm，菱形晶粒則在2-2.5nm范圍內。六邊形晶粒的抗拉強度是26.1GPa，菱形晶粒的抗拉強度則高于26.37GPa。兩種不同形狀晶粒的Ti-Si-N復合表面中晶粒尺寸與抗拉強度既存在正 H-P關系又存在逆 H-P關系。兩者臨界尺寸不同主要與材料的構