纳米多晶铝压缩塑性力学行为分子动力学研究

目的 研究纳米多晶铝在不同温度与应变速率下的力学响应与塑性变形行为以及不同变形条件下的塑性力学行为。方法 通过ATOMSK软件构建了晶粒取向随机的纳米多晶铝模型,利用LAMMPS软件在300～700 K温度以及1×10⁹、5×10⁹、1×10¹⁰、1×10¹¹ s^-1应变速率下完成了纳米多晶铝的压缩模拟,借助后处理OVITO软件对模拟结果进行了分析。结果 随温度的升高,晶界原子所占比例增大,纳米多晶铝的弹性模量逐渐下降,在压缩过程中总位错密度随温度的升高而增大。随着应变速率的增大,材料硬化速率增加,纳米多晶铝表现出更高的屈服强度。当应变速率较低时,位错大量存在于小晶粒之中,且中央大晶粒相较于初始位置旋转了20°。当应变速率达到1×10¹¹ s^-1时,材料的硬化速率极大提高,且在晶粒内部出现了孪晶。在塑性变形过程中,1/6<112>(不全位错)的数量最多,在位错运动中占主导地位。结论 温度升高导致材料弹性模量降低,这主要是由...     

铜纳米丝的应变率和尺寸效应的分子动力学模拟

用分子动力学方法对铜纳米丝的应变率效应和尺寸效应进行了模拟研究．结果表明，随着加载应变率的增大，铜纳米丝从低应变率下的静态响应逐渐呈现出较高应变率下的准静态以及高应变率下的动态响应特征，其变形机制以及应力一应变曲线的形态也随之发生变化．在静态和准静态区域，位错运动是铜纳米丝塑性变形的主要来源，而在高应变率动态加载时，铜纳米丝出现整体结构的非品化，最大屈服应力也随着应变率的升高而增大，强化现象明显．当铜纳米丝的截面尺寸变化时，其弹性摸量、屈服应力以及屈服应变、进入强化区域的临界应变率等都发生相应的变化，尺寸效应显著。     

多晶Ti纳米柱塑性变形的分子动力学模拟研究

利用分子动力学模拟研究多晶Ti纳米柱的力学行为和位错反应机制,比较分析不同变形温度和承载条件对多晶Ti纳米柱应力应变关系及其塑性变形行为的影响。模拟结果显示,随着温度升高,多晶Ti纳米柱屈服强度降低,且在不同温度下,屈服强度所对应的应变量未发生明显变化。在整个变形过程中,主要的位错类型为Other和■类型位错,随着温度升高,位错总长度减小。多晶Ti纳米柱压缩变形与拉伸变形应变响应不对称,拉伸屈服强度略高于压缩屈服强度,晶界缺陷在拉伸变形中响应更加明显。     

不同拉伸应变率下金纳米线拉伸力学行为的分子动力学模拟

采用分子动力学方法模拟了不同拉伸应变率下金纳米线的拉伸力学行为。模拟结果表明,相同截面尺寸、拉伸温度、拉伸方向的金纳米线在较高的拉伸应变率下,屈服强度较大,屈服发生的较早;更高应变率下的金纳米线在屈服时对应的应变更大,并且更容易发生二次屈服。金纳米线的弹性模量随着拉伸应变率的增大有所增加,但是幅度不是很明显。     

不同拉伸应变率下金纳米线拉伸力学行为的分子动力学模拟

采用分子动力学方法模拟了不同拉伸应变率下金纳米线的拉伸力学行为。模拟结果表明,相同截面尺寸、拉伸温度、拉伸方向的金纳米线在较高的拉伸应变率下,屈服强度较大,屈服发生的较早;更高应变率下的金纳米线在屈服时对应的应变更大,并且更容易发生二次屈服。金纳米线的弹性模量随着拉伸应变率的增大有所增加,但是幅度不是很明显。     

纳米薄膜界面滑移现象的分子动力学模拟进展

随着先进制造技术的发展,许多精密系统中的薄膜厚度已经接近纳米量级。由于纳米尺度的特殊性,宏观尺度下的界面性质将不再适用,因此探索纳米尺度下的界面性质对于微机电系统(MEMS)甚至纳机电系统(NEMS)中涉及到的润滑薄膜研究具有非常重要的价值。Couette流动作为剪切驱动流动的原形,在研究薄膜界面滑移现象上具有较高的代表性。在总结国内外该方向研究成果的基础上,详细介绍和讨论了纳米尺度薄膜Couette流动的分子动力学方法,总结了现有的滑移现象和规律,并对今后的发展进行了展望。     

分子动力学模拟金属玻璃Cu应力晶化的应变率效应

采用Mishin镶嵌原子势，通过分子动力学方法模拟了零温下非晶金属Cu在不同应变率条件下的拉伸变形过程和应力晶化行为，分析了此过程中原子体系应力与结构组态的变化．结果表明：在应变率10^8s^-1-10^9s^-1范围内，金属玻璃Cu的塑性流动应力随着应变率的提高而增大，弹性模量约为55GPa．在塑性流动过程中发生应力晶化现象，伴随着明显的晶核形成与生长过程，晶化程度随着应变率的增加而加剧．应力效应和温度效应都是导致金属玻璃晶化的重要途径，形成的少量纳米晶粒是导致剪切带的形成和扩展的可能因素．     

基于分子动力学模拟的纳米多晶α-碳化硅变形机制

在考虑晶界和温度效应影响的条件下,基于分子动力学法使用Vashishta势函数研究多晶α-碳化硅基体在纳米压痕作用下的塑性变形机制,分析载荷位移曲线并通过识别变形结构描述了变形区域中的原子破坏和迁移轨迹变化。在下压过程中,因接触载荷不断增大在接触区的晶粒内产生无定型化相变并不断向晶体内部扩展,扩展到晶界处被阻碍住。随着载荷的持续增大,晶界作为位错发射源在高应力水平下出现1/2〈110〉全位错滑移。同时,随着温度的升高α-碳化硅多晶的承载能力下降,特别是材料内部出现塑性变形,位错从晶界处形核长大并向晶体内部扩展,最后形成‘U型’位错环。     

石墨烯/Cu复合材料力学性能的分子动力学模拟

结合嵌入原子方法（EAM）、反应经验键序（REBO）作用势和Morse势函数,采用分子动力学方法研究了石墨烯/Cu复合材料的弹性性能和变形机制。分子动力学计算得到复合材料的弹性模量随石墨烯体积分数的增加而线性增加,这与Halpin-Tsai模型的预测趋势吻合。此外,石墨烯的加入同时也提供了复合材料的屈服强度。通过比较预制裂纹在单晶铜和石墨烯/Cu复合材料中的动态扩展,发现石墨烯的加入显著抑制了裂纹的扩展,材料的变形主要表现为沿石墨表面的滑移。石墨烯很大程度上提高了复合材料的塑性变形能力。     

Ni针尖/Au基体纳米压痕的分子动力学模拟

采用原子镶嵌势函数（EAM）模拟Ni针尖（约1．5mm）／Au基体纳米压痕过程．研究结果表明,当Ni针尖与Au基体间距离达到一定值时（约0．23 mm）,机械的不稳定性使得针尖与基体间发生跳跃接触,产生纳米压痕和黏附现象（Au原子包裹在Ni针尖周围）．当压头离开基体表面,Ni针尖被拔起,随后在针尖与基体间形成连续的由Au组成的细颈．同时计算得到整个系统在针尖接近基体、跳跃接触、压痕、黏附、形成缩颈和一系列分离过程中的势能变化．     

Cu Diffusion in Co/Cu/TiN Films for Cu Metallization

Some information on how to use in-situ determined diffusion coefficient of Cu to make barrier layer of Cu metallization in ultra large scale integrations （ULSIs） was provided. Diffusion coefficients of Cu in Co at low temperature were determined to analyze Cu migration to Co surface layer. The diffusion depths were analyzed using X-ray photoelectron spectroscopy （XPS） depth profile to investigate the diffusion effect of Cu in Co at different temperatures. The possible pretreatment temperature and time of barrier layer can be predicted according to the diffusion coefficients of Cu in Co.     

热镀Ni3Al耐蚀合金镀层液态冷凝过程的分子动力学模拟研究

钢铁表面热镀Ni3Al耐蚀合金过程中，涉及Ni3Al合金在钢铁表面由液态冷凝为镀层，冷却速度对结构及性能影响很大。采用F－S多体势对耐蚀液态合金Ni3Al在不同冷却速度下的微观结构及其转变机制进行了分子动力学模拟，得到了不同冷速下各温度的双体分布函数；采用HA键型指数法对其结构进行了分析，结果表明：Ni3Al的结构及能量转变受冷速影响较大，快冷时形成非晶，而慢冷时出现明显结晶，晶体的形成过程中有能量突变。     

PC/ABS在高应变率下的压缩大变形

目的对PC/ABS在高应变率下的压缩大变形行为进行实验研究与模拟。方法在应变率为1600~5000 s~(-1),温度为293~353 K的范围内,选用霍普金森压杆获取其在高应变率、高温下的大变形行为;选用DSGZ本构模型,模拟PC/ABS在高应变率下的大变形。结果 PC/ABS大变形行为强烈依赖于应变率和温度,屈服应力随应变率增加或温度降低而升高,大变形行为包括弹性、屈服、应变软化和应变硬化。结论DSGZ本构可准确模拟PC/ABS在高应变率、高温下的大变形行为。     

Improvement of Joint Strength of SiCp/Al Metal Matrix Composite in Transient Liquid Phase Bonding Using Cu/Ni/Cu Film Interlayer

The compact oxide on the surface of SiCp/Al metal matrix composite （SiCp/Al MMC） greatly depends on the property of the joint. Inlaid sputtering target was applied to etch the oxide completely on the bonding surface of SiCp/Al MMC by plasma erosion. Cu/Ni/Cu film of 5μm in thickness was prepared by magnetron sputtering method on the clean bonding surface in the same vacuum chamber, which was acted as an interlayer in transient liquid phase （TLP） bonding process. Compared with the same thickness of single Cu foil and Ni foil interlayer, the shear strength of 200 MPa was obtained using Cu/Ni/Cu film interlayer during TLP bonding, which was 89.7% that of base metal. In addition, homogenization of the bonding region and no particle segregation in interfacial region were found by analysis of the joint microstructure. Scanning electron microscopy （SEM） was used to observe the micrograph of the joint interface. The result shows that a homogenous microstructure of joint was achieved, which is similar with that of based metal.     

不同应变率下的高聚物银纹化分子动力学模拟

基于粗粒珠簧模型,采用分子动力学模拟了玻璃态高聚物在不同应变率下微空洞的产生、扩展及断裂演化过程,表明银纹产生的微空洞会引起周围的应力集中,微空洞迅速扩展并伴有少量合并;结合临界应力判据,给出了银纹萌生的微观构型;通过引入非仿射位移场并结合应力-应变响应关系,计算了参与率随应变的演化,证实了聚合物在银纹化破坏过程中具有应变率相关敏感性的线性粘弹性特征。与实验现象吻合较好。     

应变率对05Cr17Ni4Cu4Nb钢拉伸性能的影响

采用万能材料试验机和旋转盘冲击拉伸装置对05Cr17Ni4Cu4Nb钢进行了不同应变率的拉伸实验研究,获得了05Cr17Ni4Cu4Nb钢沿轧制方向和垂直于轧制方向在应变率为10-2/s~103/s范围内的应力应变曲线,分析了应变率对05Cr17Ni4Cu4Nb钢屈服应力的影响规律。结果表明,05Cr17Ni4Cu4Nb钢在两个方向的弹性模量和拉伸强度几乎相当,但沿轧制方向的断裂强度和断裂延伸率较高,05Cr17Ni4Cu4Nb钢沿轧制方向和垂直于轧制方向的屈服应力均随应变率升高而增大,但变化趋势不同。根据实验结果,拟合得到了05Cr17Ni4Cu4Nb钢不同方向屈服应力与应变率变化关系的方程。     

Different Diffusion Behavior of Cu and Ni Undergoing Liquidesolid Electromigration

The diffusion behavior of Cu and Ni atoms undergoing liquidesolid electromigration（L-S EM） was investigated using Cu/Sn/Ni interconnects under a current density of 5.0 103A/cm2 at 250℃. The flowing direction of electrons significantly influences the cross-solder interaction of Cu and Ni atoms, i.e., under downwind diffusion, both Cu and Ni atoms can diffuse to the opposite interfaces; while under upwind diffusion,Cu atoms but not Ni atoms can diffuse to the opposite interface. When electrons flow from the Cu to the Ni, only Cu atoms diffuse to the opposite anode Ni interface, resulting in the transformation of interfacial intermetallic compound（IMC） from Ni3Sn4into（Cu,Ni）6Sn5and further into [（Cu,Ni）6Sn5t Cu6Sn5], while no Ni atoms diffuse to the opposite cathode Cu interface and thus the interfacial Cu6Sn5 remained.When electrons flow from the Ni to the Cu, both Cu and Ni atoms diffuse to the opposite interfaces,resulting in the interfacial IMC transformation from initial Cu6Sn5into（Cu,Ni）6Sn5and further into[（Cu,Ni）6Sn5t（Ni,Cu）3Sn4] at the anode Cu interface while that from initial Ni3Sn4into（Cu,Ni）6Sn5and further into（Ni,Cu）3Sn4at the cathode Ni interface. It is more damaging with electrons flowing from the Cu to the Ni than the other way.