晶界内耗研究的新进展

由不同取向差的纯Al双晶的内耗实验观察到，不同类型晶界的弛豫参量有明屁差别。用耦合模型对内耗数据的分析表明，小角度晶界内耗的基本机制是位错攀移，而大角度晶界内耗的基本机制是晶界扩散。在此基础上，对多晶中晶界内耗的一些特征也作了解释。     

晶界内耗研究的进展

固体在机械振动过程中由于材料内部原因引起的能量损耗称为内耗。晶界内耗峰是我国科 学家葛庭燧于1947 年用他发明的“葛氏扭摆” 在多晶纯铝中发现的。晶界内耗峰和相关的滞弹 性效应可以用滞弹性理论和粘滞性滑动模型给予合理的解释。这个内耗峰已被广泛地用来研究晶 界的动力学行为,杂质在晶界的偏聚,以及材料科学中相关的问题。 以往晶界内耗的研究大多数是用多晶试样进行的,其中包含了不同类型晶界的贡献。由于不 同类型晶界的结构和性质不同,因而多晶试样中的晶界内耗只能反映不同晶界的“平均效应”, 它的具体机制也难以解释清楚。 二十一世纪以来,人们对双晶试样（其中只包含单一晶界）中的晶界内耗进行了比较细致的 研究。实验结果表明,晶界内耗可以反映不同类型晶界的“个性”,因而可以应用于“晶界的设 计和控制”（或称“晶界工程”）。此外,新近还发现了晶界内耗中的“耦合效应” 和“补偿效 应”。这些发现加深了对晶界内耗机制的认识。 本文首先对以往多晶试样中的晶界内耗研究做一个简要的概述,然后介绍近年来双晶试样中 晶界内耗研究的新进展,并对晶界内耗的微观机制和应用前景进行分析和展望。     

晶界内耗的研究

晶界内耗是中国科学家葛庭燧开创的一个研究领域．以往晶界内耗的研究主要是用多晶试样进行的．最近作者用不同取向差的双晶试样研究了单个晶界的内耗，取得了一些新的结果．文章综述了研究晶界内耗的意义以及新近的进展．     

晶界弛豫研究50年

文章综述了我国科学工作者５０年来关于晶界弛豫研究的早期开拓和近期发展．前者包括扭摆内耗仪的发明、晶界内耗峰的发现和无序原子群晶界模型的提出．后者包括澄清了关于晶界内耗峰来源的争论,揭示了晶界弛豫具有一个临界温度,从而提出了一个适合于各种温度的综合的晶界模型．一个最重要的进展是关于竹节晶界内耗峰的发现与其机理的阐明,从而揭示了晶界附近的位错亚结构能够影响晶界本身的性质和结构．这对于研究多晶金属的力学性质提供了一个广阔的途径．另外,晶界与邻域位错的非线性交互作用的发现,为奠定非线性滞弹性这门新学科提供了实验基础     

用测量晶界内耗的方法研究蠕变断裂过程

本文研究了工业纯铝在不同断裂类型的蠕变过程中晶界内耗峰的变化。由晶界内耗曲线所包围的面积求出晶界弛豫度,而晶界弛豫度的下降意味着晶界强度增高。根据实验结果可以推知:在沿晶型断裂过程中,晶界不发生强化;在混合型断裂过程中,晶界发生了强化;在穿晶型断裂过程中,晶界则发生了显著的强化。这说明:发生不同类型的蠕变断裂,不仅决定于晶界和晶粒在蠕变试验前的相对强度,而且与蠕变过程中晶界强化的程度有关。     

晶界力学弛豫研究的新成就

概括地介绍了近１０年来葛庭燧教授领导的中国科学院固体物理研究所内耗与固体缺陷开放研究实验室在晶界力学弛豫方面所做的大量的创造性工作，其中包括确证了晶界力学弛豫的来源，发现了低频高温范围若干新的力学弛豫现象和非线性效应，在晶界弛豫与晶界结构的联系上得到一些极有价值的实验结果．这是继１９４７年葛庭燧教授发现晶界内耗峰以来我国科学工作者对线性和非线性内耗研究领域发展作出的新的重大贡献。     

晶界驰豫研究50年

文章综述了我国科学工作者５６０年来关于晶界驰豫研究的早期开拓和近期发展,前者包括扭摆内耗仪的民昌界内耗峰的发现和无序原子群晶界模型的提出,后者包括澄清了关于介内耗峰来源的争论,揭示限晶界弛豫具有一个临界温度,从而提出了一个适合于各种温度的综合的晶界模型,一个最重要的进展是关于竹节晶界内耗峰的发现与其机理的阐明,从而揭示了介附近的位错亚结构能够影响晶一身性质和结构,这对于研究多晶金属的力学性质提供了     

用内耗方法研究铜的蠕变断裂过程

在文献[1]关于工业纯铝研究的基础上,研究了工业纯铜在不同条件下蠕变过程中晶界内耗峰的变化,蠕变条件分为三类:(a)较高温度、较低应力;(b)中等温度、中等应力;(c)较低温度、较高应力;使试样分别发生晶间型、混合型和穿晶型的断裂。由晶界内耗峰的变化可以推知:在较高温度、较低应力的蠕变过程中,晶界强度变化不大;在中等温度、中等应力的蠕变过程中,晶界强度有一定程度的提高;在较低温度、较高应力的蠕变过程中,晶界强度则有比较显著的提高。这说明,在蠕变过程中,晶界强度是变化着的,在不同的蠕变条件下,晶界强化的程度不同,最终导致了不同类型的蠕变断裂。这对于“等强温度”概念是一个修正和补充。 关键词：     

界面旋转角对双晶镁力学性质影响的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法,研究了在拉伸载荷下晶界对双晶镁变形机制的影响,对不同旋转角度的模型以及对称与非对称结构的模型进行了研究.模拟结果表明:应变加载方向与晶向所成角度对双晶镁塑形变形阶段的流动应力能够产生明显的影响;对称结构的双晶镁模型的塑性性质明显优于非对称结构模型.研究结果还发现,由于晶界区域不同的位错成核及发射等运动,大角度双晶模型的塑性响应明显优于对应小角度模型的塑性响应.     

第一届全国固体内耗学术会议简介

第一届全国固体内耗学术会议于1984年10月9日至12日在合肥举行.中国科学院固体物理研究所受中国物理学会的委托主办了这次会议,来自国内42个单位的110名同志参加了会议.会上宣读论文99篇. 何怡贞研究员、徐祖耀教授、葛庭燧研究员和王业宁教授分别作了题为“金属玻璃的内耗”、“形状记忆合金及其内耗”、“晶粒间界内耗的新进展”、“马氏体相变及预相变的内耗与超声衰减”的报告.学术论文和报告充分反映了过去一年我国在晶界内耗、相变内耗、位错内耗、金属玻璃内耗、高阻尼材料内耗、点缺陷内耗、高分子内耗、内耗仪器设备及内耗工作在实…     

金属粉末压坯烧结过程的内耗研究

烧结在粉末冶金过程中对最终产品质量起着关键性作用,理解和探索烧结过程中粉末压坯结构和缺陷的演变,明确烧结的起始温度、结晶温度等,可为烧结工艺的确定提供确切的信息.本文采用内耗技术系统研究了单元系纯Al, Mg, Cu, Fe粉末压坯烧结过程的内耗行为.在第一个循环的升降温过程中各发现了一个内耗峰、升温峰和降温峰.降温峰是一个稳定的弛豫型内耗峰,激活能和峰温表明,该峰起源于晶界的黏滞性滑移.升温峰的出现伴随着相对动力学模量和电阻的下降,材料性能发生显著变化,相应峰温可考虑作为单元系粉末烧结的起始温度.升温峰具有明显的压坯颗粒粒径和成型压力依赖性,随颗粒粒径或压制压力的减小而升高,这与颗粒间弱结合界面数量和微滑移可动性的增大有关.在升温测量时,主要通过弱结合界面微滑移耗能,内耗增加直至峰温所在位置,弱结合界面转化为颗粒间晶界,内耗迅速下降,形成了非稳定升温峰.升温峰的出现表明了粉末压坯烧结过程中颗粒间晶界的形成,相应峰温亦可作为粉末压坯的结晶温度.     

6066Al/SiCp复合材料内耗性能研究

用粉末冶金方法制备了6066Al合金和不同SiCp含量的6066Al/SiCp复合材料,用多功能内耗仪在200～600 K温度区间内测试了所研究材料在升温过程中的内耗变化趋势,探讨了6066 Al /SiCp复合材料在不同温度区间的内耗机制.结果表明6066Al/SiCp的内耗值比6066Al合金内耗值高,特别是在高温阶段比6066Al合金内耗值高得多;6066Al/SiCp和6066Al合金在300～470 K时的内耗主要是位错与第二相颗粒交互作用引起的位错内耗,在高温下内耗主要由Al/Al、Al/SiC的界面微滑移引起.     

取向角对小角度非对称倾斜晶界位错运动影响的晶体相场模拟

采用晶体相场法模拟纳米尺度下小角度非对称倾斜晶界结构和位错运动,从外应力作用下晶界位错运动位置变化和晶体体系自由能变化角度,分析取向角对小角度非对称倾斜晶界结构和晶界位错运动的影响规律.研究表明,不同取向角下组成小角度非对称倾斜晶界的位错对类型相同.随取向角增大晶界位错对增加,且晶界更易形成n1n2型和n4n5型位错对.外应力作用下,不同取向角晶界位错对初始运动状态均沿晶界进行攀移运动,随体系能量积累,取向角越大出现晶界位错对分解的个数越多,且均为n1n2型和n4n5型位错对发生分解反应.不同取向角下小角度非对称倾斜晶界体系自由能曲线都存在四个阶段,分别对应位错对攀移、位错对滑移及分解、位错对反应抵消形成单晶和体系吸收能量自由能上升过程.进一步对比发现随取向角增大,晶界湮没形成的单晶体系所需时间增加.     

稀土元素对铁的内耗的影响

本文对稀土元素含量(铈和镧含量的总和为:0,0.011,0.026,0.037,0.075,0.124％)不同的工业纯铁样品,在充分去碳、氮后进行了内耗测量。结果指出:铁的晶界激活能随稀土元素含量的变化出现极大值。这个极大值出现在稀土元素含量约0.03％左右,其值为11.3×10⁴卡/克分子,比不含稀土元素的铁样品(6.4×10⁴卡/克分子)约高一倍。对渗碳样品进行内耗测量得出:晶界内耗峰较充分去碳、氮样品的晶界内耗峰有近30℃的较大移动,各样品的晶界激活能趋近相等为7.6×10⁴卡/克分子(实验误差在±2000卡/克分子以内)。对碳在铁中的斯诺克峰的测量得出:随铁中稀土元素含量的增加,峰的高度被降低,而峰的位置和铁的比较,并没有变化。对各样品的冷加工内耗测量得出:未去碳和氮的原始样品(断面缩减率为88％)的冷加工内耗峰出现在230℃附近,峰值随稀土元素含量的增加而显著降低。对样品充分去碳、氮以后再重新渗氮,并进行冷加工(断面缩减率为88％),则冷加工内耗峰出现在190℃,这个峰也随着稀土元素含量的增加而显著降低。本文对于铁的这三个内耗峰(晶粒间界峰,斯诺克峰,冷加工峰)随着稀土元素含量而发生变化的可能原因,进行了初步的讨论。     

1993年第4期《物理》内容预告

中国物理学会固体耗与超声衰减专业委员会祝贺学部委员葛诞燧诞辰80周年专稿动态局域畸变引起的内耗(王业宁);晶界力学弛豫研究的新成就(张立德、朱爱武);位错晶界与点缺陷交互作用引起的非线性、非稳定和非德拜型弛豫的理论方向(孙宗琦);高温超导体中氧行为的内耗研究(陈廷国);镍钛台金的内耗(朱劲松);Cu-Zn-Al-Ma合金的预贝氏体相变研究(沈惠敏等);内耗方法在研究蠕变和蠕变断裂中的应用(孔庆平);钢铁中稀土合金化的内耗研究( 景文);固体内耗新模型和分形、混沌(王养璞等);聚合物力学弛豫谱及应用(张立德、李健);月龄对鸡肌腱内耗的影响…     

单向拉伸作用下Cu(100)扭转晶界塑性行为研究

应用分子动力学方法研究了在不同扭转角度下的Cu（100）失配晶界位错结构,以及不同位错结构对晶界强度的影响.模拟结果表明：小角度扭转晶界上将形成失配位错网,失配位错密度随着晶粒之间的失配扭转角度的增加而增加.变形过程中,位错网每个单元中均产生位错形核扩展.位错之间的塞积作用影响晶界的屈服强度：随着位错网格密度的增加,位错之间的塞积作用增强,界面的屈服强度得到提高.大角度扭转晶界将形成面缺陷,在变形中位错由晶界角点处形核扩展,此时由于面缺陷位错开动应力趋于一致,因此晶界的临界屈服强度趋于定值. 关键词： 扭转晶界 失配位错网 强化机理 分子动力学     

冶金内耗相关的阻尼峰机理

介绍了作者等近年来，对铁基材料内耗谱和内耗机制，进行的针对性研究和取得的进展；讨论和评述了变形增强Snoek效应、Snoek-Kē-Koester（SKK）阻尼、B变形峰和K色峰等内耗现象机制。还讨论了一些相关的基本问题和有争议的问题。     

有关力学谱和内耗工作的综合与回顾

本文广泛地收集了有关内耗,力学谱,超声衰减方面的专著及会议文集.反映了20世纪在此领域的英文,俄文出版的书籍.也列出了历次国际会议及前苏联,乌克兰,中国的国内会议.文中包括了点缺陷,电,声子,位错,晶界,电畴等诸方面在内的内耗与力学谱工作.     

剪切作用下Cu(100)扭转晶界塑性行为研究

本文采用分子动力学方法研究了在剪切载荷作用下,Cu(100)扭转晶界对Cu柱屈服强度的影响.模拟结果发现,在加载过程中,低角度扭转晶界形成的位错网发生位错形核与扩展,位错之间的塞积作用提高了Cu柱的屈服强度;对于高角度扭转晶界,晶界发生滑动降低了Cu柱的屈服强度.同时发现,随着扭转角度的增加,Cu柱的屈服强度先增大,当扭转角度大于临界角度时,Cu柱的屈服应力逐渐减小.这表明剪切载荷作用下,两种不同的机理主导Cu柱的屈服,对于小于临界角度的扭转晶界,Cu柱的屈服由晶界位错形核和扩展机理主导,对于大于临界角度 关键词： 扭转晶界 分子动力学 位错形核 晶界滑移     

以内耗技术探索Pb-Sn合金熔体的结构变化

以改进的低频扭摆内耗仪研究了液态PbSn合金连续升温过程的内耗行为.结果表明:合金在液相线以上500—800℃温区内出现内耗峰,其峰温不随频率变化,峰高与升温速率成正比,与振动频率成反比,这与固态相变内耗峰的特征相吻合;合金成分不同,内耗峰峰温不同;非共晶成分合金熔体的内耗曲线上出现次峰.这一现象揭示了PbSn合金熔体随温度可能发生结构转变.对PbSn合金进行差热分析,熔体出现的热效应峰与内耗峰的温区大体对应,进一步揭示熔体的内耗峰可能是由结构转变引起的. 关键词： 液态结构 内耗 Pb-Sn合金