高壓條件下納米與傳統(tǒng)物質(zhì)力學(xué)性質(zhì)的原位同步輻射研究.pdf

1、本文主要利用高溫高壓同步輻射衍射試驗(yàn)對納米金屬Fe，Co，Ni以及納米陶瓷TiC,金剛石的納米力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了研究。我們通過對晶體衍射峰的位置,寬度,以及強(qiáng)度在形變下的全方位的分析,得出了納米力學(xué)區(qū)別于傳統(tǒng)力學(xué)理論的特征,尤其是位錯(cuò)在納米力學(xué)中的行為特性等,具體的內(nèi)容如下:
　　 (1)通過比較微米和納米Fe的位移與峰寬在準(zhǔn)靜水壓條件下的變化，我們發(fā)現(xiàn)10-20nm的Fe在發(fā)生塑性形變的過程中，位錯(cuò)基本不再起主導(dǎo)作用。另外納米Fe

2、有著近2 Gpa的屈服強(qiáng)度，比微米Fe的屈服強(qiáng)度高了15倍.納米Fe隨著壓力的升高進(jìn)一步增加表現(xiàn)出work hardening，而微米Fe卻發(fā)生了嚴(yán)重的work softening，我們將這一現(xiàn)象歸結(jié)為微米Fe中位錯(cuò)的中和。通過比較常壓下納米Fe與微米Fe的起始應(yīng)力，以及對于峰寬峰位移的擬合的DER2修正我們發(fā)現(xiàn)納米Fe適用于core-shell model。并且，通過對常壓下bulk modulus的擬合，我們進(jìn)一步證實(shí)了這一模型，而

3、且納米Fe的殼層原子處于一種拉伸的狀態(tài)，這使得納米晶體更容易被壓縮。然而，我們發(fā)現(xiàn)25-30nm的Co在發(fā)生塑性形變的過程中，位錯(cuò)仍然起作用，即伴隨著位錯(cuò)的產(chǎn)生與堆積，但是，納米Co的塑性形變中同樣有著晶界的滑行與轉(zhuǎn)動(dòng)。另外納米Co有著近3Gpa的屈服強(qiáng)度，比微米Co的屈服強(qiáng)度2 Gpa高了近50％！我們對納米Co與微米Co的常溫下不同溫度下的狀態(tài)方程進(jìn)行了擬合，從得到的bulk modulus和常溫常壓下的體積V0,我們知道，納米Co

4、的殼層原子處于一種緊縮的狀態(tài)，這使得納米晶體不容易被壓縮。
　　 (2)納米Ni在壓縮-拉伸的形變過程中表現(xiàn)出相同的屈服強(qiáng)度，從而，我們發(fā)現(xiàn)在傳統(tǒng)金屬中的Bauschinger effect在納米晶體中的失效，位錯(cuò)在納米Ni的形變行為中不起作用。通過在不同的壓力下的納米Ni的屈服強(qiáng)度的研究，我們發(fā)現(xiàn)壓力對于納米Ni的屈服強(qiáng)度沒有影響。我們知道傳統(tǒng)金屬晶體中，圍壓通過抑制晶體中位錯(cuò)的移動(dòng)進(jìn)而影響樣品的屈服強(qiáng)度，但是對于納米晶體Ni

5、，圍壓將不起作用。通過對衍射峰峰強(qiáng)的比較，我們發(fā)現(xiàn)晶粒的轉(zhuǎn)動(dòng)在納米Ni的形變過程中起到了重要作用，這也應(yīng)該是納米Ni的塑性形變的主要行為之一。
　　 (3)成功的通過dia壓機(jī)和同步輻射x射線衍射技術(shù)，求得了微米TiC的高溫高壓狀態(tài)方程，以及納米TiC的常溫高壓狀態(tài)方程，通過比較得出，納米TiC與微米TiC有著近乎一致的體彈模量，納米晶的core-shell model可能并不適用于納米陶瓷晶體。通過deformation-di

6、a 壓機(jī)以及高溫高壓同步輻射衍射技術(shù)，求得了納米TiC的應(yīng)力與應(yīng)變曲線，并通過分析TiC的x射線衍射環(huán)的形貌，成功地得到了納米TiC在形變過程中的晶粒的擇優(yōu)取向的信息。我們推斷，納米TiC的晶粒在形變的過程中沒有發(fā)生明顯的轉(zhuǎn)動(dòng)。
　　 (4)多晶微米金剛石在常溫下形變主要是通過晶粒的碎裂完成的，這種碎裂流方式使得應(yīng)力在樣品中的建立十分的緩慢；多晶微米金剛石在1000以及1200攝氏度下經(jīng)歷了由位錯(cuò)主導(dǎo)的塑性形變，我們成功的使金剛