Micropillar compression of single crystal tungsten carbide, Part 1: temperature and orientation dependence of deformation behaviour
碳化钨钴硬质合金通常用作经受高操作温度和压力的切削工具，其中碳化钨相的机械性能影响材料的磨损和寿命。在这项研究中，孤立的碳化钨（WC）相的机械行为进行了研究，使用单晶微柱压缩。使用聚焦离子束（FIB）加工制造两种晶体取向的直径为1-5 $μ$ m的微柱，随后在室温和600 °C之间压缩。激活的塑性形变机制是强烈的各向异性和弱的温度依赖。底部取向的支柱的流动应力约三倍高于棱柱形支柱，和支柱的两个方向略有软化，随着温度的升高。基底柱倾向于变形的不稳定开裂或不稳定的屈服，而棱柱形柱变形的滑动介导的开裂。然而，活跃的变形机制也敏感的支柱的大小和形状。变形柱的滑移轨迹分析表明，{10-10}棱柱面是WC中的主要滑移面。基底滑移在高温下也被激活为次级滑移系统。
2021-10-28 cond-mat.mtrl-sci
Deformation mechanisms of Mg-Ca-Zn alloys studied by means of micropillar compression tests
通过<a>对不同取向的单晶微柱体的压缩实验，研究了固溶体中Ca和Zn对镁合金基底滑移、拉伸孪晶和<c+a>锥滑移的临界分辨剪切应力（CRSS）的影响。溶质原子使基底滑移的CRSS增加到~ 13.5 MPa，而锥体滑移的CRSS低于85 MPa，与纯Mg相比显著降低了塑性各向异性。此外，双晶形核和生长的CRSS非常相似（~ 37 MPa），并且用于双晶生长的CRSS的大值阻碍了热机械加工过程中双晶的生长。结果<a>表明，Mg-Ca-Zn合金塑性各向异性的降低、不同滑移系和交叉滑移的激活以及大的交叉滑移面（CRSS）对孪晶生长的促进作用，是Mg-Ca-Zn合金塑性和成形性改善的主要原因。
2021-07-02 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic study on the cross-slip process of a screw <a> dislocation in magnesium
采用密度泛函理论和分子动力学计算方法研究了镁中螺旋型$<$--$>$位错从基面到棱柱面的交叉滑移过程。本文提出了一种计算Peierls总能量图的原子方法，用以跟踪位错在交叉滑移过程中的跃迁路径，该跃迁路径是由一个离解的和/或收缩的螺旋$<$-一个$>$位错引起的。螺旋$<$-$>$位错从基底到棱柱面的势垒首次由密度泛函理论估计为每伯格斯矢量长度$61.4\pm 2.0$ meV。使用基于密度泛函理论的线张力模型计算交叉滑移的激活焓为$1.4$至$1.7$ eV，这与实验合理一致。在此基础上，采用嵌入原子势的分子动力学方法，详细研究了温度对基面上解离的$>$位错--螺旋$<$交叉滑移过程的影响，得到了交叉滑移的临界分辨剪应力.证实了在低温下，棱柱面上的弯折位错线是由轻微分离的直线段和连接的凹凸组成的，随着温度的升高，弯折位错线变得光滑，有许多段。在低温区，$<$ a $>$位错在棱柱面上的运动是急动的，而在室温以上，由于大部分解离的平台段的形成，位错的运动被阻滞。当$<$（一种$>$螺型位错）在低温区与置于基面上的硬球颗粒相互作用时，获得了大幅度降低的交叉滑移临界剪应力
2015-06-11 cond-mat.mtrl-sci
Limiting velocities and transonic dislocations in Mg
为了准确地预测材料的力学响应，特别是在高应变率下，重要的是要考虑这些制度中的位错速度。在这些极端条件下，人们假设位错的移动速度可以超过声速。然而，这种位错的存在仍然难以捉摸，由于与测量这些实验相关的挑战。在这项工作中，分子动力学模拟被用来调查的位错速度为基础的边缘，基础上的螺旋，棱柱形的边缘，棱柱形的螺旋位错在亚，跨，和超音速制度的镁。我们的研究结果表明，只有棱柱形刃位错达到超音速。此外，这项工作表明，Mg的理论极限速度和MD结果之间的差异是由于其对位错核心周围的大静水应力的敏感性，而对于fcc金属如Cu则不是这种情况。
2022-08-25 cond-mat.mtrl-sci
First-Principles Study of Secondary Slip in Zirconium
虽然在六方密排锆的有利的滑移面是棱柱形的，螺旋位错可以逃脱他们的惯习面在金字塔或基面滑动。使用从头计算内轻推弹性带方法，我们表明，令人惊讶的是，这两个事件共享相同的热激活过程与一个不寻常的保守运动的棱柱形堆垛层错垂直于自己。通过迁移的中途，螺位错采用非平面亚稳态配置与堆垛层错在相邻的棱柱形平面加入两层金字塔孪晶。
2014-02-23 cond-mat.mtrl-sci
Shift of close-packed basal planes as an order parameter of transitions between antiferromangetic phases in solid oxygen: II. Temperature/pressure dependence of sound velocities and lattice parameters
本文推广了\cite{gomo:2005}中提出的描述高压和低温（低于40 K）下固态氧磁结构相变和弹性性质的唯象模型。结果表明，在$αβ$相变附近所有晶格参数的变化是由于基底密堆积面的移动和长程磁序的出现。这两个因素之间的竞争从一方面和晶格压缩低于$T_{αβ}$从另一方面产生非单调的温度依赖性的晶格参数$b$（沿单斜轴）。在$T_{αβ}$附近的声速的急剧下降可以解释为晶格相对于相变点之前的紧密堆积平面（由常数$K_2$描述）的移位的软化。我们预期在$αδ$相变附近声速的类似软化和$α$相变中声速的非单调压力依赖性。
2007-03-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Basal slip of a screw dislocations in hexagonal titanium
用从头计算方法研究了六方密排钛中a螺位错的基底滑移。我们发现，一个基础的解离是高度不稳定的，并重新配置为其他结构的一阶金字塔平面中解离。所得到的基底滑移机制对应于部分位错和相关层错带沿垂直于离解面方向的迁移。结果表明，无论是基底和锥体滑移将通过Peierls机制的双扭结形核，并将在足够高的温度下同样活跃。
2018-12-29 cond-mat.mtrl-sci
Influence of simple metals on the stability of $\langle a\rangle$ basal screw dislocations in hexagonal titanium alloys
在密排六方晶钛合金中，基底滑移作为一种次级变形方式，成为钛合金化的主要机制之一。由于这些溶质元素也导致基底堆垛层错能量的显著降低，因此可以假设它们促进位错的基底解离，然后位错可以容易地在基面中滑动。在这里，我们验证了这一假设的有效性，使用从头计算模型的螺位错与铟（In）和锡（Sn）的相互作用。这些计算证实，这些简单的金属被吸引的堆垛层错存在于位错核心时，它是在一个基面解离，但这种相互作用是不够强，以稳定的平面配置，即使在核心中的高溶质浓度。能垒计算表明，基底滑移，在存在的In和Sn，进行没有任何平面解离，与位错被传播在金字塔和棱柱形的平面在基底滑移像在纯钛。相应的能垒较高的溶质原子的存在下，表明在和Sn不缓解基底滑移，但增加相应的晶格摩擦。这种强化的基础滑移溶质原子进行了讨论，鉴于现有的实验数据。
2019-09-26 cond-mat.mtrl-sci
Applied Machine Learning to Predict Stress Hotspots II: Hexagonal close packed materials
应力热点是在多晶材料中变形时形成的应力集中区域。我们使用机器学习的方法来研究首选的滑移系统和微观结构特征，反映局部晶体学，几何形状和连接应力热点的形成在六方密堆积材料在单轴拉伸应力下的影响。我们考虑两种情况：一个没有任何优选的滑移系，临界分辨剪切应力（CRSS）比为1：1：1，第二个对于基底：棱柱：棱锥滑移系具有CRSS比0.1：1：3。基于随机森林的机器学习模型预测热点形成，对于相等CRSS情况，AUC（曲线下面积）得分为0.82，对于不相等CRSS情况，AUC（曲线下面积）得分为0.81。结果表明，如何利用数据驱动技术来预测热点，以及查明导致应力热点形成的多晶显微组织中的微观结构特征
2018-04-16 cond-mat.mtrl-sci
Characteristics of $\langle a \rangle$ Screw Dislocations Basal Slip in Titanium
本文通过MD模拟和NEB计算研究了纯钛中$\langle a \rangle$螺位错的基面滑移机制，揭示了低应力下扭折直接在基面形核，并指出该机制与锥面到柱面交滑移的热激活有关。
2023-10-24 cond-mat.mtrl-sci
Energy ordering of grain boundaries in Cr2O3: Insights from theory
晶界，GBs，的Cr2 O3是已知的，在氧化物中的离子的扩散，这是一个重要的现象，不锈钢的腐蚀中起着重要的作用。不锈钢中氧化层的生长程度取决于Cr2 O3中的界面。因此，我们已经构建了四个不同的晶界平面（菱面体，基底，棱柱和金字塔）和它们的各种相关的界面对称性在文献中已知的Al 2 O3。它们的结构，电子和能量性质的理论研究与周期性计算使用DFT+U方法。我们发现，棱柱形的螺旋GB与Cr-O平面界面是大力优先GB与菱形GB与螺旋对称和Cr空位终止是第二大力优先GB。棱柱形GB界面处的面内Cr原子数的增加增强了稳定性，这在电子态密度中也是明显的。
2013-07-02 cond-mat.mtrl-sci
Machine learning of twin/matrix interfaces from local stress field
孪晶是六方密排材料塑性变形的一种重要变形方式。在纳米尺度上极高的孪晶生长速率使原子模拟成为一种有吸引力的方法，用于研究单个孪晶/基体界面（如孪晶边界和基底-棱柱界面）在孪晶生长动力学中的作用。不幸的是，有没有一个单一的框架，让研究人员区分这样的接口自动，无论是在实验原位透射电子显微镜分析图像，也不是在原子模拟。此外，合金元素的存在会给局部原子环境带来大量噪声，使得几乎不可能识别哪些原子属于哪个界面。在这里，借助先进的机器学习方法，我们提供了一种概念验证的方法，使用局部应力场分布作为界面存在和确定其类型的指标。我们应用这样的分析，在Mg-10的双胚胎的生长。铝合金在恒定应力和恒定应变条件下，分别对应于两个极端的高和低应变率。我们发现，这种增长的动力学是由高能量的基底棱柱接口，在我们的实验观察纯镁。
2023-03-03 cond-mat.mtrl-sci
Crystallographic-orientation dependence of the early-stage oxidation of Zr single crystals: an XPS study of suboxide formation and in-depth distribution
Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA)（阿根廷国家原子能委员会）；Instituto de Nanociencia y Nanotecnología, CNEA-CONICET（纳米科学与技术研究所，CNEA-CONICET）
本研究通过XPS揭示Zr单晶早期氧化受晶向影响，近棱柱取向比基面氧化更快更深，形成ZrO2外层及两种亚氧化物均匀分布，厚度随压力变化。
2026-09-28 cond-mat.mtrl-sci
Room temperature deformation in the Fe$_7$Mo$_6$ $μ$-Phase
TCP相在高温合金和钢的变形中的作用仍然没有完全解决。特别是，这些阶段的内在变形机制在很大程度上是未知的，包括在大多数这些复杂的晶体结构中的主动滑移系统。在这里，我们提出了第一个详细的研究Fe 7 Mo 6 μ相在室温下的机械性能，使用微压缩和纳米压痕与统计EBSD辅助滑移轨迹分析和TEM成像。滑动主要发生在基面和棱柱面上，也导致在具有高缺陷密度的棱柱面上的脱粘。变形结构和测量的硬度的相关性揭示了明显的硬化，其中滑移面的相互作用发生和普遍的变形在预先存在的缺陷。
2018-08-10 cond-mat.mtrl-sci
Laves phase crystal analysis (LaCA): Atomistic identification of lattice defects in C14 and C15 topologically close-packed phases
晶体结构中缺陷的识别对于原子模拟分析至关重要。许多基于局部原子排列分类的表征缺陷的方法可用于简单的晶体结构。然而，目前还没有方法来识别拓扑紧密堆积（TCP）相如Laves相的晶体结构和内部缺陷。我们提出了一种新的方法，Laves相位晶体分析（LaCA），通过交织现有的结构分析算法来表征Laves晶体中的原子排列。新方法可以识别Laves相的C14和C15多型体、这些相中的典型晶体学缺陷以及常见的变形机制，如同步剪切和非基底位错。C36 Laves相的缺陷可以通过偏离构成该相的C14和C15结构的周期性排列来检测。LaCA是健壮的，可扩展到其他TCP阶段。
2021-04-16 cond-mat.mtrl-sci
Crystal structure informed mesoscale deformation model for HCP Cu6Sn5 intermetallic compound
本文基于HCP晶体结构信息建立Cu6Sn5金属间化合物的晶体塑性有限元模型，对比基面、棱柱面和锥面三种变形模式，揭示了不同模式下位移大小的差异。
2023-05-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Toward a Comprehensive Model of Snow Crystal Growth: 6. Ice Attachment Kinetics near -5 C
我研究了各种雪晶体生长测量在-5 ℃的温度下，作为过饱和度，背景气体压力和晶体形态的函数。在此温度下，在不同条件下观察到板状和柱状棱柱形式，以及各种复杂的树枝状结构。所有的观察结果都可以合理地理解使用一个单一的综合物理模型的基础和棱镜附着动力学，连同颗粒扩散的水蒸气通过周围介质和其他众所周知的物理过程。一个关键的模型功能是结构依赖的附着动力学（SDAK），其中的分子附着动力学上的刻面表面强烈依赖于附近的晶体的介观结构。
2019-12-06 cond-mat.mtrl-sci physics.ao-ph physics.pop-ph
Disconnection-mediated twin embryo growth in Mg
虽然六方密排金属中的变形孪晶由于其对机械性能的实质性影响而被广泛研究，但仍然缺乏对与孪晶胚生长相关的详细原子过程的理解。进行分子动力学模拟镁，我们表明，由基底棱柱接口发射的孪生断开的传播控制的孪生边界运动，是在初始生长的孪生胚胎的限速机制。断开传播所需的时间与孪晶尖端之间的距离有关，间距较大的孪晶尖端需要更多的时间才能完成单位孪晶边界迁移事件。因此，一个唯象模型，它统一了两个过程的断开和双尖传播，在这里提出了一个双胚生长的定量分析。该模型能较好地拟合模拟数据，并提取了两个关键参数（孪晶尖端速度和孪晶断开速度）。此外，观察到孪晶断开速度与孪晶尖端速度的比值与所施加的剪切应力之间的线性关系。以最近文献中纳米尺度单晶中的孪晶生长为例，我们发现我们的分子动力学模拟和分析模型与实验数据吻合得很好。
2020-03-03 cond-mat.mtrl-sci
Surface phase transitions and crystal growth rates of ice in the atmosphere
随着气候模型预测到2100年至少升高2摄氏度，冰的命运已经成为一个严重的问题，但我们仍然不知道冰是如何生长（或融化）的。在大气中，基底面和棱柱面的晶体生长速率表现出神秘的温度依赖性，并且在0和-40 ℃之间的范围内交叉多达三次。在这里，我们使用大规模的计算机模拟的冰表面的特点，并确定一个新的相变的主要方面的冰微晶序列。出乎意料的是，我们发现，随着温度的升高，晶体表面从一个无序的阶段与扩散的步骤，一个光滑的阶段与小台阶密度。这导致了阶跃自由能的异常增加，并为大气中发现的雪晶生长速率的神秘交叉提供了长期寻求的解释。
2020-04-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech physics.ao-ph
Direct visualization of molecular stacking in quasi-2D hexagonal ice
该研究利用冷冻透射电子显微镜首次直接可视化分辨准二维六角冰中的堆垛层错，结合理论计算阐明其形成机制，为原子尺度冰晶生长动力学研究提供重要支撑。
2023-12-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
