Ti-Si-N復(fù)合表面中晶粒尺寸與其力學(xué)性能的關(guān)系.pdf

1、納米材料因其獨(dú)特的力學(xué)性能成為材料界研究的熱點(diǎn)，特別是晶粒尺寸對(duì)力學(xué)性能的影響備受關(guān)注。本研究的目的是根據(jù)不同晶粒尺寸所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，獲取晶粒尺寸與強(qiáng)度的關(guān)系，旨在找到強(qiáng)度的峰值。此項(xiàng)研究包括兩部分內(nèi)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(xué)性能。研究結(jié)果表明：TiN納米晶體的屈服強(qiáng)度隨著晶粒尺寸的增加而降低，其屈服強(qiáng)度大約為21.5GPa。應(yīng)變?yōu)?％時(shí)，TiN開始

2、屈服，而從應(yīng)力-應(yīng)變曲線中可以看出抗拉強(qiáng)度發(fā)生在應(yīng)變?yōu)?5%處，且隨著晶粒尺寸的增加，抗拉強(qiáng)度降低。本文將屈服強(qiáng)度的計(jì)算值與有限元方法的擬合值進(jìn)行了對(duì)比分析，討論了實(shí)驗(yàn)中TiN的微觀結(jié)構(gòu)與硬度、彈性模量的關(guān)系。數(shù)據(jù)對(duì)比顯示，TiN試樣中缺陷對(duì)其硬度和強(qiáng)度都有很大的影響。
　　第二部分中首先開發(fā)了研究復(fù)合材料力學(xué)性能的動(dòng)力學(xué)蒙特卡羅模擬（KMC）仿真程序。然后，采用該程序?qū)Я３叽鐝?.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(fù)合表面力學(xué)性能進(jìn)行動(dòng)力學(xué)蒙特卡羅模擬，模擬結(jié)果顯示，Ti-Si-N納米復(fù)合表面的最高強(qiáng)度所對(duì)應(yīng)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(nèi)。六邊形晶粒的抗拉強(qiáng)度是26.1GPa，菱形晶粒的抗拉強(qiáng)度則高于26.37GPa。兩種不同形狀晶粒的Ti-Si-N復(fù)合表面中晶粒尺寸與抗拉強(qiáng)度既存在正 H-P關(guān)系又存在逆 H-P關(guān)系。兩者臨界尺寸不同主要與材料的構(gòu)