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Laves相金属间化合物中位错滑移机制的研究
2013-10-23 23:07:33   来源:    点击:

中科院金属研究所材料科学国家实验室固体原子像研究部利用球差校正电镜发现在Laves相金属间化合物中,位错通过反复地在上下两个不同的滑移面间来回跳跃从而以波浪状的路径向前滑移。

        金属间化合物虽然具有优秀的高温力学性能,尤其适合用于高温环境,比如飞机的发动机上的涡轮叶片等。但是它们在室温下的脆性严重地阻碍了其工业应用。这类材料要实现塑性变形,往往需要加热到很高的温度(脆-韧转变温度)以上,位错才可能被激活。但由于金属间化合物结构的复杂性和特殊性,位错的开动并不像在金属中那样简单。位错的滑移往往需要涉及几个甚至几十个原子的协调运动,而不仅仅是在某个固定的滑移面上进行剪切过程。如此,位错滑移的区域也由一个滑移面变成一个滑移区域。显而易见,这样的复杂过程,的确需要在脆韧转变温度上,通过高温的热激活,降低原子间的键能,从而使得原子的协调运动变的更加容易。但遗憾的是,目前还没有足够的证据显示这个复杂过程的具体细节,以及热激活到底如何促进位错的开动。虽然在过去的几十年,一些滑移机制被用于解释这些问题,但仍然无法阐述脆韧转变温度存在的理由。

        中科院金属研究所材料科学国家(联合)实验室固体原子像研究部叶恒强院士、杜奎研究员、博士生章炜与清华大学朱静院士、于荣副教授等合作,利用球差校正电镜发现在Laves相金属间化合物中,位错通过反复地在上下两个不同的滑移面间来回跳跃,从而以波浪状的路径向前滑移。这种位错滑移机制的产生归结于Laves相中不同原子层之间结合力的不同。这种特殊的变形机制将有利于解释金属间化合物在高温变形时存在脆-韧转变的特性。该研究结果已在Physical Review Letters(106, 165505, 2011)上发表。

 
 
        经中心培训获得中心核心设备独立操作资格的中科院金属研究所的研究人员利用该设备获得的Laves相中基面不全位错的核心结构。

       这项研究工作利用北京电子显微镜中心球差校正电镜,在原子尺度上确定了Laves相中基面不全位错的核心结构,从而揭示了位错的具体滑移路径。球差校正电镜在研究类似于金属间化合物这类复杂结构的位错问题上具有非常大的优势,因为它不仅能够对于原子的精确位置成像,减少了后期像模拟造成的人为误差,使得定量分析成为可能,而且能够有效提高分辨率,清晰地区分开复杂结构中(尤其是位错核心处)每个原子。同时,北京电子显微镜中心的核心设备球差电镜在系列欠焦像重构的应用方面,能够有效控制样品漂移和电镜状态不稳等因素,使得成像的信噪比得到更进一步的提高。也正因为这些原因,复杂结构中的独特位错行为才得以被研究。
这项工作也被Physical Review Letters的审稿人给予了高度的评价。两位审稿人均认为这项工作引人关注并有意义,而且有利于解释陶瓷和氧化物等材料的变形行为,不仅对于材料科学,即使对于地球科学等领域,也有借鉴意义。


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