Characterisation of Corrosion Damage in T91/F91 steel exposed to Liquid Lead-Bismuth Eutectic
研究通过电子显微技术表征T91钢在700°C液态LBE中氧化/还原环境下的腐蚀行为，揭示侵入路径及Cr局部溶解机制。
2023-02-07 cond-mat.mtrl-sci
Trichome entanglement enhances damage tolerance in microstructured biocomposites
利用螺旋藻纤毛缠结机制，通过微结构设计提升生物复合材料的耐损伤性能。
2026-01-14 cond-mat.mtrl-sci
Parameter-free quantitative simulation of high dose microstructure and hydrogen retention in ion-irradiated tungsten
氢同位素被保留在用于聚变发电应用的材料中，随着微结构经受辐照损伤，改变氢脆和氚库存。但是，高度损坏的材料的建模-暴露于超过0.1位移每原子（dpa）-其中观察到渐近饱和，例如钨面临的等离子体在聚变托卡马克反应堆，是困难的，因为一个高度损坏的微观结构不能被视为弱相互作用孤立的缺陷陷阱。在本文中，我们开发的计算技术，找到在高度辐照材料的缺陷含量，而无需可调参数。首先，我们展示了如何产生收敛的高剂量（>1 dpa）的微结构使用的组合的创建-松弛算法和碰撞级联的分子动力学模拟。然后，我们做了强大的点缺陷和空洞区域的简单发展的Wigner-Seitz分解的晶格网站的估计。我们使用我们的估计的空隙表面积来预测钨的氘保留容量作为剂量的函数。然后将其与在290 K下自辐照至不同损伤剂量并在370 K下暴露于低能量氘等离子体的钨样品的3 He核反应分析（NRA）测量进行比较。我们表明，我们的模拟微观结构给出了一个很好的匹配实验数据，与模型和实验显示1.5-2.0原子%，在高剂量极限下，氘仍保留在钨中。
2021-06-24 cond-mat.mtrl-sci
In-situ Atom Probe Deintercalation of Lithium-Manganese-Oxide
原子探针层析成像通常用于材料微观结构的表征，通常假设微观结构未被分析改变。然而，当分析离子导体时，化学势的梯度和穿透介电原子探针样品的电场会导致显著的离子迁移率。虽然离子迁移率是不希望的，当旨在材料表征时，它提供了一种策略，直接在原子探针中原位操纵材料。在这里，我们提出的实验结果分析的离子导体锂锰氧化物与不同的原子探针技术。我们表明，在30 K的温度下，材料的微观结构的表征是可能的，没有可测量的锂迁移率。相反，我们表明，在298 K的材料可以在原子探针中原位脱嵌，而不改变锰氧化物主体结构。结合原位原子探针脱嵌和随后的常规表征，我们展示了一种新的方法论方法来研究离子导体，即使在脱嵌的早期阶段也是如此。
2016-11-24 cond-mat.mtrl-sci
Competing damage mechanisms in a two-phase microstructure: how microstructure and loading conditions determine the onset of fracture
本文研究了两相材料微观结构中韧性软相和相对脆硬相的断裂竞争。一个简单的微观结构模型被用来预测宏观断裂起始。该模型的简单性确保了高效的计算，使全面的研究：大范围的硬相体积分数和屈服应力比，广泛的应用应力状态。这些参数的每个组合使用一个大的（随机）微观结构进行分析。据观察，只有一个阶段占主导地位的宏观断裂起始：在低应力三轴度的软相是占主导地位的，但以上的临界三轴度的硬相接管导致在一个强烈的下降的延展性。这种转变强烈依赖于微观结构参数。如果硬相体积分数小，则即使在高相衬下，断裂起始也由软相主导。在较高的硬相体积分数下，硬相已经在低相衬下占主导地位。因此，这个简单的模型调和了文献中特定参数组合的实验观察结果，这些参数组合可能在过去引发了相互矛盾的陈述。微观分析表明，两种失效机制的裂纹萌生点附近的平均相分布几乎相同。沿着拉伸方向，发现硬相区域直接靠近断裂起始位点。这种硬相的“带”被与剪切对齐的软相的“带”穿过断裂起始部位。显然，无论断裂起始于软相还是硬相，局部机械不相容性对于断裂的起始是占主导地位的。
2016-12-05 cond-mat.mtrl-sci
Topology and morphology influences on the onset of ductile failure in a two-phase microstructure
多相材料经常应用于各种各样的产品中，因为它们通过在微观结构水平上组合两个或更多个不同的相来获得一组独特的性能。虽然宏观刚度和硬化是相当好的理解，问题仍然存在的主要故障机制（S）。我们确定的作用的微观结构的拓扑结构（相的分布）损伤的“热点”的微观结构，通过进行一个数值研究的一个大的随机生成的拓扑结构。结果确定了一个独特的概率分布的阶段周围的一个典型的损伤“热点”。这项工作的重点是评估结果的敏感性的假设上的微观结构的几何形状。
2016-04-12 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced radiation tolerance of YSZ at high temperature against swift heavy ions: key role of interplay between material microstructure and irradiation temperature
在室温和1000 K下，用80 MeV的Ag $^{6+}$离子辐照不同晶粒尺寸的YSZ颗粒，研究了晶粒尺寸/材料微观结构和辐照温度对高电子能量损失（S $_e$）辐照耐受性的影响。X射线衍射和拉曼光谱测量表明，无论照射温度，纳米晶体样品遭受更多的损害相比，散装样的样品。在1000 K下辐照的所有样品都观察到辐照损伤的减少，即辐射耐受性的改善。然而，减少的损害，是显着更高的两个纳米晶体样品相比，散装样的样品，因此，散装样和纳米晶体样品之间的损害的差异也显着低于在1000 K比在室温下。因此，发现对S $_e$的辐照损伤严重依赖于辐照温度和微晶尺寸之间的相互作用。这些结果的解释与详细的理论计算/模拟的基础上的“非弹性热尖峰”模型的帮助下，通过考虑到电子-声子耦合因子和晶格热导率（因此对所得的热尖峰）的微晶尺寸和环境（照射）温度的综合影响。我们的研究结果是至关重要的，从根本上理解的大小和温度依赖的辐射损伤对S $_e$的角度来看，也为一些应用程序，在各种辐射环境中，纳米材料正在设想使用。
2018-07-27 cond-mat.mtrl-sci
Plasticity, localization, and damage in ferritic-pearlitic steel studied by nanoscale digital image correlation
铁素体-珠光体钢的变形从塑性到局部化再到损伤的演变是通过纳米分辨率显微组织相关的SEM-DIC（u-DIC）应变映射进行研究的，该映射通过高度精确的显微组织-应变对准实现。我们揭示了铁素体和珠光体的关键塑性机制，以及它们演变成局部化和损伤及其与显微组织排列的关系。值得注意的是，确定了两种对比机制，其控制珠光体中是否发生损伤引发，并且通过铁素体晶粒中局部化热点的连接，可能导致宏观断裂：（i）由于附近铁素体中应变集中的累积，珠光体片层的脆性断裂使具有相对干净的片层结构的珠光体桥开裂，相对于（ii）在珠光体桥中没有损伤的大塑性，具有更“开放”的混乱珠光体形态，这使得层间铁素体通道中的塑性渗流路径成为可能。基于这些见解，建议抗损伤铁素体-珠光体钢。
2021-10-18 cond-mat.mtrl-sci
Characterisation of Irradiation Damage in Fe3Cr and Fe5Cr: A Study on the Effects of Chromium Content and Temperature
University of Bristol（布里斯托大学）；UK Atomic Energy Authority（英国原子能管理局）；Ruđer Bošković Institute（鲁德·博什科维奇研究所）；Advanced Photon Source, Argonne National Lab（阿贡国家实验室先进光子源）；Indian Institute of Science（印度科学学院）
本研究通过辐照实验和微观分析，揭示了铬含量和温度对Fe3Cr和Fe5Cr合金辐照损伤特性的影响，发现温度升高导致晶格应变和硬度先降后升，铬含量越高损伤越稳定。
2025-08-13 cond-mat.mtrl-sci
Combinatorial Discovery of Irradiation Damage Tolerant Nano-structured W-based alloys
聚变反应堆中的挑战之一是发现能够承受极端条件（例如辐射损伤和高热通量）的面向等离子体的材料。聚变材料的开发可能是一项艰巨的任务，因为需要探索微观结构和成分的大量组合，其中每一种都需要基于试错的辐照实验和材料表征。在这里，我们利用组合实验，允许快速和系统的表征成分-微观结构依赖的纳米结构的钨合金的辐照损伤行为。合成了W-Re-Ta合金的组合材料库，随后进行了高通量实验，以探测合金的机械、热和结构性能的辐照损伤。这种高效的技术可以快速识别具有优异损伤容限的成分范围。我们发现，注入的He团簇的分布可以显着改变的Ta和Re，这在确定辐照后的性质变化中起着至关重要的作用。
2022-08-02 cond-mat.mtrl-sci
The role of microstructure in the thermal fatigue of solder joints
本研究利用EBSD映射和多尺度建模方法，量化了BGA封装中Sn-3Ag-0.5Cu焊点的微观结构与损伤演化，揭示了beta-Sn晶体取向和CTE失配对损伤演化的影响，为设计抗热疲劳的最优焊点微观结构提供了依据。
2024-05-29 cond-mat.mtrl-sci
Revealing hidden defects through stored energy measurements of radiation damage
随着对材料原子结构的充分了解，有可能预测任何感兴趣的宏观性质。在实践中，这受到所选择的表征技术的限制。例如，电子显微镜无法检测到辐照材料中最小和最多的缺陷。而不是空间表征，我们建议检测和量化缺陷，通过其过剩的能量。差示扫描量热法（DSC）的辐照钛测量缺陷密度5倍以上，使用透射电子显微镜（TEM）测定。我们的实验还揭示了两个能量不同的过程，其中建立的退火模型预测一个。分子动力学（MD）模拟发现的缺陷负责，并通知一个新的机制，为恢复辐射诱导的缺陷。退火实验和模拟的结合可以揭示隐藏在其他表征技术中的缺陷，并有可能揭示材料缺陷演变背后的新机制。
2022-06-14 cond-mat.mtrl-sci
Tuning load redistribution and damage near heterogeneous interfaces
本文研究了异质基底上架构化薄膜的界面失效机制，发现分级微结构能在不牺牲峰值应力和失效比功的前提下，通过弹性相互作用核的淬灭局部各向异性将损伤限制在预设表面并阻止裂纹扩展。
2024-05-29 cond-mat.mtrl-sci
A phase field approach for damage propagation in periodic microstructured materials
本文采用一种新的基于有限元的多尺度计算方法研究了周期性复合材料的损伤演化。该方法是通过原始的相场方法的裂缝的均匀化方法相结合的手段。这最后一个应用在宏观尺度上的等效均匀连续，其本构性质得到封闭的形式，通过两个尺度的渐近均匀化计划。该公式允许考虑在微观尺度上对损伤演变的不同假设（例如，基体中的损伤而不是夹杂物/纤维中的损伤），以及微观结构拓扑所起的作用。数值结果表明，该配方导致的表观抗拉强度和峰后分支的无缺口和缺口试样不仅依赖于内部长度尺度的相场方法，作为均匀材料，但也对夹杂物的体积含量和形状。降尺度关系允许在宏观模型的任何点处完全重建微观场，作为简单的后处理操作。
2019-08-08 cond-mat.mtrl-sci cs.NA math.NA
Fracture initiation in multi-phase materials: a statistical characterization of microstructural damage sites
了解微观结构对多相材料失效机制的影响需要确定最坏的情况。这需要一种统计方法。通过直接基于显微照片进行模拟，这种方法变得可行。这里应用该方法提取损伤部位周围的平均微观结构。
2016-12-05 cond-mat.mtrl-sci
Microstructure and Stress Mapping in 3D at Industrially Relevant Degrees of Plastic Deformation
本文利用X射线三维成像技术对变形至极限抗拉强度的铝多晶进行应力成像，揭示了晶粒内应力变化可达晶粒间变化一半，为结构-性能关系和损伤模型提供了关键数据。
2024-05-21 cond-mat.mtrl-sci
Strengthening and toughening mechanisms in heterostructured laminates revealed by a phase field-enhanced crystal plasticity simulation
Sichuan Province Key Laboratory of Advanced Structural Materials Mechanical Behavior and Service Safety, School of Mechanics and Aerospace Engineering, Southwest Jiaotong University（西南交通大学力学与航空航天学院）；School of Materials Science and Engineering, Southwest Jiaotong University（西南交通大学材料科学与工程学院）；Department of Engineering Mechanics, School of Aeronautics and Astronautics, Zhejiang University（浙江大学航空航天学院工程力学系）；WW8-Materials Simulation, Department of Materials Science, Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg（埃尔朗根-纽伦堡大学材料科学系）
本研究通过相场增强的晶体塑性模拟揭示了异质结构层合材料中强化和增韧机制，为材料设计和优化提供了理论支持。
2025-12-02 cond-mat.mtrl-sci
Martensite decomposition kinetics in additively manufactured Ti-6Al-4V alloy: in-situ characterisation and phase-field modelling
针对增材制造Ti-6Al-4V合金的非平衡α'马氏体组织性能缺陷，结合原位表征实验与高效相场模拟，揭示了其马氏体分解的动力学规律与组织演化特征。
2024-04-15 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Advancing characterisation with statistics from correlative electron diffraction and X-ray spectroscopy, in the scanning electron microscope
微结构中微量相的常规和独特测定对材料科学至关重要。仅在冶金学方面，应用包括合金和工艺开发以及对服务退化的理解。我们开发了一种相关的方法，探索高温合金的微观结构，在扫描电子显微镜（SEM）检查，同时使用能量色散X射线光谱（EDS）和电子背散射衍射（EBSD）。这是在适当的长度尺度下进行的，用于表征碳化物相的形状、尺寸、位置和分布。EDS和EBSD数据是使用两种不同的物理过程产生的，但每一种都提供了与入射电子束相互作用的材料的特征。在“大数据”方法的推动下，后处理方面的最新进展包括使用主成分分析。随后对组件进行表征，以将标签分配给映射区域。为了提供物理上有意义的信号，可以旋转主分量以控制方差的分布。在这项工作中，我们进一步发展这种方法通过加权PCA方法。我们同时使用EDS和EBSD信号，从而使用EDS（化学）和EBSD（晶体结构）信息标记每个区域。这提供了一种放大映射区域中非常小的相位的信噪比的新方法，特别是在EDS或EBSD信号对于分类来说不够独特的情况下。
2020-01-14 cond-mat.mtrl-sci
Effect of high temperature service on the complex through-wall microstructure of centrifugally cast HP40 reformer tube
铸造的重整炉管用于石油化工厂的氢气生产。由于制氢的条件，重整炉管暴露在高温下，导致微观结构内部的蠕变损伤。在这项研究中，两个不同的退役HP40合金转化管来自同一蒸汽重整装置进行了比较的显微组织特征进行的长度范围从毫米到微米。通过EBSD（电子背散射衍射）、EDS（能量色散X射线光谱）和PCA（主成分分析）进行的分析表明，两种管具有相似的显微组织成分，在晶界处存在奥氏体基体和M23C6、G相和M6C碳化物。即使两个管具有相似的微观结构，一个管由于其在蒸汽重整器单元内的定位而呈现具有更多微裂纹的区域，这可能表明该管比另一个管累积了更多的蠕变损伤。
2020-08-26 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Monitoring Gallium-Induced Damage in Aluminum Alloys Using Nonlinear Resonant Ultrasound Spectroscopy
Institute of Thermomechanics, Czech Academy of Sciences（捷克科学院热力学研究所）；Faculty of Nuclear Sciences and Physical Engineering, Czech Technical University in Prague（布拉格捷克理工大学核科学与物理工程学院）；DISAT, Condensed Matter Physics and Complex Systems Institute, Politecnico di Torino（都灵理工大学生化与物理技术系凝聚态物理与复杂系统研究所）
本文通过非线性共振超声谱监测镓渗透引起的液态金属脆化，利用奇异值分解分析材料退化指标，揭示了镓在晶界和晶粒内部扩散过程中的不同相态及非线性特性与动态性质的关联。
2026-04-15 cond-mat.mtrl-sci
On the critical role of martensite hardening behavior in the paradox of local and global ductility in dual-phase steels
针对双相钢全局塑性与局部塑性存在的悖论，本文通过微观力学统计研究发现马氏体硬化行为是核心影响因素，相力学性能差异的提升会增强全局塑性但削弱局部塑性，为研发兼具两类塑性的钢材提供了关键方向。
2022-11-17 cond-mat.mtrl-sci
High-resolution, yet statistically relevant, analysis of damage in DP steel using artificial intelligence
高性能材料，从天然骨到古代的碳钢到现代的超级合金，通常在微观尺度上具有复杂的结构。它们的性能超过了单个组件的性能，因此，基于知识的改进需要对组件的单个行为之外的理解。电子显微镜已在解开最重要的机制，共同变形和原位变形实验已成为一种流行的和可访问的技术。然而，挑战仍然存在：同时实现高空间分辨率和统计相关性。在这里，我们通过使用全景成像和机器学习来研究双相钢中的损伤来克服这一限制。这种高通量方法不仅为我们提供了这种异质材料大面积应变和微观结构依赖的见解，而且还鼓励我们将当前的研究扩展到对不同损伤部位的示例性案例的解释，以实现不太明确的现实。
2019-03-22 cond-mat.mtrl-sci
Free Standing Epitaxial Oxides Through Remote Epitaxy: The Role of the Evolving Graphene Microstructure
本研究揭示了石墨烯微结构损伤与氧化物外延质量的关联，通过采用大晶粒尺寸石墨烯和可控孔径法，成功制备并转移了高质量自支撑氧化物薄膜，推动了功能氧化物的异质集成与商业化应用。
2024-08-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Crystal plasticity analysis of deformation anisotropy of lamellar TiAl alloy: 3D microstructure-based modelling and in-situ micro-compression
详细的微观结构表征和原位微柱压缩耦合晶体塑性有限元模拟（CP-FEM），研究在层状TiAl合金的塑性各向异性的微观机制。在模拟和原位实验中的微观结构的考虑，使微观机制负责的高度各向异性的变形响应的TiAl层内和层间尺度上的深入理解。本文研究了γ/α_2层片组织的两种特殊结构，即γ/α_2界面与加载方向成{25}^o和{55}^o。基于微结构的CP-FEM分析表明，{25}^o微柱中的塑性各向异性主要是由超级位错和普通位错的滑移引起的，而{55}^o微柱中的塑性各向异性主要是由纵向超级位错和纵向孪晶引起的。此外，横向超位错更加活跃，使得{25}^o微柱中的变形比{55}^o微柱中的变形更少局部化。此外，CP-FEM模型成功地预测了γ/α_2界面处大量的内应力，这被认为是对TiAl的塑性有害的。然而，正如所证明的模型，有害的内应力可以显着缓解激活的横向变形孪晶，这表明，TiAl的塑性可以提高通过促进横向孪晶。
2019-04-19 cond-mat.mtrl-sci
Characterisation and Tribological Testing of Recycled Crushed Glass as an Alternative Rail Sand
在《2020-2050年英国铁路网环境可持续性战略》中，最小的浪费和材料的可持续利用被强调为核心优先事项。其目标是重新使用、调整用途或重新部署所有资源。在低附着力条件下，砂粒用于增强整个网络的牵引力。然而，沙子是在成为稀缺的危险，因为许多应用程序的需求it. In这项研究中，一种替代的粘附增强颗粒系统的回收碎玻璃的密度，尺寸，形状分布，矿物学，机械性能，和散装行为，以更好地了解他们的特点相比，典型的大不列颠铁路砂目前正在使用和文献报道。它们对摩擦学行为和表面损伤的影响也进行了研究，使用高压扭转试验在干燥，潮湿和树叶污染的条件下。颗粒表征和摩擦学测试都显示出有希望的结果。破碎的玻璃颗粒提供了可接受的牵引力水平，与典型的铁轨沙子具有相似的铁轨损坏水平。建议进行全面的实验室和现场试验，以进一步确认该材料的适用性。
2023-01-17 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Thermal analysis and SANS characterisation of hybrid materials for biomedical applications
通过溶胶-凝胶法制备了硅酸盐杂化材料，并添加x wt%的丙醇锆（x = 0和1）。通过热重分析和差热分析研究了复合材料的热行为以及Zr的加入对复合材料热性能的影响。用X射线衍射和小角中子散射研究了微结构随温度的变化。有人发现，聚合物降解的开始发生在一个更高的温度下，在与Zr的添加比在没有制备的材料制备的材料。在纳米尺度下，无Zr的材料显示出光滑的界面，而Zr的材料呈现质量分形结构。在200 ℃热处理后，在不含Zr的材料中也观察到这种结构。结果表明，与光滑表面相比，质量分形结构更有利于生物活性。
2017-02-02 cond-mat.mtrl-sci
Micromechanical fatigue experiments for validation of microstructure-sensitive fatigue simulation models
裂纹萌生控制高周疲劳寿命，并对微观结构细节敏感。虽然相应的微观结构敏感的模型是可用的，他们的验证是困难的。我们提出了一个验证框架，其中的疲劳测试是模仿在一个子建模模拟嵌入到试样的几何形状和采用实验边界条件的测量的微观结构。示例性地，将现象学晶体塑性模型应用于预测铁素体钢中的变形（EN 1.4003）。在常用的疲劳指标参数图的热点进行比较，从显微照片分割的损伤。随着数据的发布，框架基准未来的微机械疲劳模型。
2021-12-08 cond-mat.mtrl-sci cs.NA math.NA
Rate dependence of damage formation in metallic-intermetallic Mg-Al-Ca composites
研究了一种铸造Mg-4.65 Al-2.82 Ca合金，其显微组织为$α$ -Mg基体和C36 Laves相骨架。这种三元合金的目标是用于汽车发动机中的高温应用，因为它们具有优异的蠕变性能。然而，在应用中，合金可能会受到广泛的应变率和材料开发，加速测试往往是必不可少的。因此，了解这种速率变化的影响至关重要。在这里，我们专注于它们对损伤形成的影响。由于在这种合金中形成增强的局部高度可变的骨架，我们采用了基于扫描电子显微镜的高分辨率全景成像的分析，以及基于深度学习的物体检测和分类卷积神经网络算法（YOLOV 5）的自动损伤分析。我们发现，随着应变速率的降低，对于一个给定的应变水平的变化占主导地位的损伤机制：在$5\cdot10^{-4}/s$的应变速率的C36 Laves相的微裂纹的演化控制损伤的形成。然而，当应变速率降低到$5\cdot10^{-6}/s$时，在$α$ -Mg/Laves相界面处的界面脱粘变得同样重要。我们还观察到裂纹取向的变化，表明α-Mg基体和Laves相的塑性共同变形的影响越来越大。我们把这种转变归因于界面处的热激活过程。
2023-03-18 cond-mat.mtrl-sci
Phase-field, dislocation based plasticity and damage coupled model: modelling and application to single crystal superalloys
本文提出了一个耦合相场、位错密度塑性和损伤的新模型。基于可动位错和不动位错的演化，建立了位错密度控制方程。模型中考虑了位错增殖、湮灭、位错相互作用引起的动-不动迁移和界面阻塞等机制。特别是，在位错和相场耦合模拟中经常出现的围绕粗化第二相的“吞隙”问题，在本模型中得到解决。此外，位错切割到第二相在第三蠕变过程中，这是很少被考虑在以前的相场模拟的单晶高温合金的现象，成功地捕捉在本模型与损伤耦合。模型动力学考虑了由外载荷、共格界面错配、塑性活动和损伤引起的长程应力，以及由反相界面、位错线张力和森林位错捕获引起的短程应力。利用该耦合模型对单晶高温合金在200 MPa和350 MPa下的高温蠕变进行了$\langle 001 \rangle$模拟，并与实验结果进行了比较。结果表明，在整个蠕变过程中，模拟的相组织、位错和蠕变性能与实验基本一致。
2021-12-24 cond-mat.mtrl-sci
Surface Morphology and Phase Stability of Titanium Foils Irradiated by 136 MeV 136Xe
用136 MeV的136 γ射线辐照一叠钛箔，以研究辐照后钛的微观结构损伤和相稳定性。采用X射线衍射、扫描电子显微镜/能谱和原子力显微镜研究了由此产生的钛的显微组织损伤和相稳定性。我们观察到多晶钛在2.2 × 1015离子/cm ~ 2辐照后从α-Ti（六方密排（hcp））到面心立方（fcc）的相变。用1.8 × 1014-2.2 × 1015离子/cm ~ 2辐照Ti，形成空洞、小丘、位错环、位错线以及多边形脊网。
2013-01-08 cond-mat.mtrl-sci nucl-ex
Structural changes of Ti3SiC2 induced by helium irradiation with different doses
采用掠入射X射线衍射（GIXRD）和拉曼光谱分析，研究了Ti 3SiC 2 MAX相材料在室温（RT）下不同剂量（5E 15、1 E16、5E 16和1 E17 cm-2）氦辐照下的显微结构变化和演化。根据氦辐照剂量的不同，Ti 3SiC 2的辐照损伤过程可大致分为3个阶段：（1）低剂量辐照时，只有晶相和损伤相Ti 3SiC 2存在;（2）高剂量辐照时，有损伤相TiC存在;（3）高剂量辐照时，晶相TiC也存在。此外，450 C 5E 16 cm-2氦辐照证实了Ti 3SiC 2在高温下具有更高的耐辐照性，这意味着Ti 3SiC 2可能是一种潜在的未来高温结构和燃料涂层材料。
2020-08-13 cond-mat.mtrl-sci
Microstructure of a heavily irradiated metal exposed to a spectrum of atomic recoils
在低于空位迁移开始的温度下，暴露于高能离子的金属发展动态波动的稳态微观结构。这些微结构在渐近高曝光极限的统计特性是不普遍的，并根据入射离子的能量和质量而变化。我们开发了一个模型，在非热条件下的离子辐照金属的微观结构，内部应力波动占主导地位的结构演变的动力学。缺陷产生和复合之间的平衡不仅敏感地依赖于由剂量定义的总照射量，而且依赖于入射粒子的能量。该模型预测的缺陷含量在高剂量限制的主要撞击原子能量的光谱的积分，发现低能量离子产生的损害比高能量离子显着更高的量。
2022-10-12 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
In-situ localization of damage in a Zn-Al-Mg coating deposited on steel by continuous hot-dip galvanizing
本研究通过扫描电镜原位拉伸试验，揭示了Zn-Al-Mg镀层中孪生诱发共晶区裂纹萌生的新损伤机制，并建立了裂纹萌生与扩展的事件时序。
2024-07-08 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Microstructure and correlated mechanical properties study of Ni-(Fe, Co)-Mn-(Al, In) as-spun ribbons
Ni-Mn基记忆合金作为一种很有前途的弹性热材料，已有大量的文献报道，尤其是大量的体样品研究。初生薄带具有更大的表面积和更有效的传热，很少被研究，因此具有重要意义。在本工作中，我们成功地生产了很长的Ni-Fe-Mn-（Al，In）快淬带，长度约为300毫米。通过扫描电子显微镜/电子背散射衍射（SEM/EBSD）、纳米压痕和三点弯曲实验，研究了这些薄带的微观结构和力学性能。通过SEM/EBSD分析，研究了快淬薄带的显微组织和织构。由于快速凝固过程中的温度梯度，沿薄带厚度方向（TD）存在组织梯度，导致在快淬过程中沿与旋转轮接触的表面形成细小的等轴晶，而在快淬过程中，沿旋转轮接触的表面形成细长晶粒。等轴晶和细长晶均具有较强的{001}纤维织构（<001>//TD）。纳米压痕分析表明，两种不同的显微组织之间的硬度变化不大。Ni-Fe-Mn-Al和Ni-Fe-Mn-In薄带的塑性指数均在金属间化合物范围内。用Al取代In可以使延展性指数略有增加，可达到0.75。在三点弯曲试验中，细小等轴晶的抗拉性能优于细长晶。用Al替代In使最大弯曲应变提高了3倍。Ni-Fe-Mn-Al快淬薄带断裂前的最大应变可达3%。断口形貌分析表明，沿晶断裂是这些快淬薄带的主要损伤机制。
2021-11-26 cond-mat.mtrl-sci
Martensite plasticity and damage competition in dual-phase steel: A micromechanical experimental-numerical study
本研究通过原位纳米实验与Enriched CP模拟，揭示板条马氏体中沿惯习面的软塑性机制能显著降低静水应力并引入高塑性各向异性，从而在高应变缺口中延迟或抑制损伤起始。
2023-05-19 cond-mat.mtrl-sci
Fracture initiation in multi-phase materials: a systematic three-dimensional approach using a FFT-based solver
本文研究了一种两相材料，其显微组织由硬脆增强相嵌入软韧性基体中组成。它解决了微观结构和宏观变形的全三维性质。使用大量的周期性微结构，从而使用等尺寸的立方体对两相的单个晶粒进行建模。采用了一种基于快速傅立叶变换的特殊求解策略，该策略在速度和内存占用方面都具有很高的计算效率，从而能够进行统计上有意义的分析。这种求解方法自然伴随着规则的微观结构模型，因为快速傅立叶变换依赖于规则的网格。使用许多被认为是微观结构作为一个整体，断裂起始点周围的相的平均排列是客观地确定的微观结构和断裂起始之间的相关性-在三维。结果表明，断裂起始于硬相区域被与最大剪切方向对齐的软相带中断的地方。在这样的区域中，硬相被布置成使得垂直于主应变方向的相边界的面积最大，从而导致高静水拉伸应力，同时不中断在软相中形成的剪切带。剪切带周围存在的局部不相容性是高塑性应变的原因。通过将响应与二维微观结构进行比较，观察到响应在性质上相似（宏观和微观）。一个重要的区别是，两个阶段之间的局部应变分配是过度预测的二维微观结构，导致损伤的高估。
2016-04-13 cond-mat.mtrl-sci
Simulation of Radiation Damage on [M(COD)Cl]$_2$ using Density Functional Theory
本研究利用密度泛函理论建模受 X 射线辐照的 [M(COD)Cl]$_2$（M=Ir/Rh）有机金属体系，并将计算价带谱与实验 XPS 数据关联。
2025-08-28 cond-mat.mtrl-sci
Micromechanical analysis of hyperelastic composites with localized damage using a new low-memory Broyden-step-based algorithm
提出了一种多尺度（微观到宏观）分析方法，用于预测含超弹性组分和嵌入局部损伤的复合材料的有限应变行为。复合材料被假定为具有周期性的微观结构，并受到远程场。在微观尺度上，基于均匀化技术的（完整的）复合材料的有限应变细观力学分析用于预测的有效变形。在宏观尺度上，一个程序，基于代表性的细胞方法和相关的高阶理论，开发的损伤复合材料中的弹性场的确定。将周期性复合材料离散成相同的单元，然后通过应用离散傅里叶变换将其简化为单个单元的问题。由此产生的控制方程，界面和边界条件的傅里叶变换域，解决了采用高阶理论结合迭代过程来处理损伤和材料非线性的影响。利用弱非线性材料极限和自然不动点迭代法，得到了迭代解的初始条件。然后采用局部收敛的低内存拟牛顿求解器。提出了一种新的算法的求解器的实现，它允许直接存储在存储器中的向量函数的历史序列，这可能是有利的收敛控制的目标向量函数的特定组件的基础上。这里采用的强形式的傅立叶变换为基础的方法，结合新的求解器，使该方法的应用扩展到非线性材料，并可能具有可比的计算效率或可能有利于标准的方法。
2020-10-18 cond-mat.mtrl-sci
Effects of C and B microalloying additions on the microstructure and processability of René 41 Ni-based superalloy
本文通过热压缩试验、表征、有限元模拟和机器学习，研究C、B微合金化对René 41镍基高温合金热加工性与再结晶行为的影响。
2023-04-25 cond-mat.mtrl-sci
Radiation Damage and Thermal Recovery of Perovskite Superconductor Yttrium Barium Copper Oxide
高温超导材料被认为可以产生聚变反应堆中约束等离子体所需的磁场。本研究的目的是评估在两种注入条件下，在室温下离子注入钇钡铜氧化物（YBCO）磁带的微观结构退化。X射线衍射（XRD）和高分辨率的表征技术，包括原子探针断层扫描（APT）和透射电子显微镜（TEM）的分析被用来关联使用磁性能测量系统（MPMS）的非晶化和离子注入引起的恢复测量超导行为的改变。进行TEM分析以深度剖析辐照样品上的结晶度（或其缺乏）。SRIM预测的损伤深度在900 nm以下的样品表面的2 MeV的氘注入的样品和450 nm以下的表面的0.6 MeV的氘注入的样品。2MeV的离子注入使超导温度降低了10K，临界电流密度降低了10倍。辐照后热处理高达600 C的辐照层造成再结晶，但也氧损失和晶粒尺寸的改变。再结晶的晶粒取向是随机的TEM lamescent，然而，大块样品重新生长沿原始的晶体取向，提供了一些原始材料没有非晶化（即，如果他们成核结晶YBCO）。这对于托卡马克组件的热回收是非常有希望的。
2020-03-10 cond-mat.mtrl-sci
Disorder Enhances the Fracture Toughness of Mechanical Metamaterials
该研究发现力学超材料中合理引入无序可实现分布式损伤，在强度损失极小的情况下提升断裂韧性，建立了无需裂纹路径信息的无序-韧性力学模型，验证表明最优无序下韧性可达等密度有序晶格的2.6倍以上。
2024-07-09 cond-mat.mtrl-sci
Graph theoretical approaches for the characterization of damage in hierarchical materials
我们讨论的相关性的方法，图论的研究在简单的模型材料描述的随机保险丝模型的损伤。虽然这种方法在处理规则的随机晶格时并不常用，这些晶格模拟无序但统计均匀的材料，但它们在具有表现出复杂多尺度图案的微结构的材料中变得相关。我们具体解决的情况下，分层材料，其故障，由于一个不寻常的断裂模式，没有得到很好的描述，无论是损伤渗流或裂纹成核和增长。我们发现，在这些系统中，初期故障是伴随着增加的特征向量本地化和拓扑维数下降。我们提出这两个新的指标作为可能的候选人，以监测系统的方法失败。因此，它们提供了替代方案，以监测的雪崩活动的变化，这是经常调用的候选人在材料中的故障预测，表现出临界的行为在故障，但可能不工作的情况下，分层材料表现出无标度雪崩统计，甚至非常远离临界负载。
2018-12-14 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
A Nanomechanical Testing Framework Yielding Front&Rear-Sided, High-Resolution, Microstructure-Correlated SEM-DIC Strain Fields
具有改进的机械性能的新型多相合金的持续开发需要对纳米级变形机制进行定量的微观结构分辨观察，例如，多相界面这就需要一种超越先进测试方法的组合方法，如对散装材料进行微尺度应变测绘和对单个晶粒进行微米级变形测试。我们提出了一个纳米机械测试框架，该框架经过精心设计，集成了几种最先进的测试和表征方法：（i）对精心挑选和隔离的多相样品进行定义明确的纳米拉伸测试，（ii）通过最近开发的InSn纳米DIC散斑图案，结合前后侧原位SEM-DIC测试的前后侧SEM-EBSD微观结构表征，（iii）通过应用SEM扫描伪影校正和DIC去卷积来辅助优化DIC应变映射，以提高空间分辨率，（iv）新颖的微结构-应变对准框架，以提供前侧和后侧、纳米级、微结构分辨的应变场，以及（v）变形配置中的微结构、应变和SEM-BSE损伤图的直接比较。在一个微米级的双相钢试样上的演示，包含一个不相容的铁素体-马氏体界面，展示了如何解开纳米级的变形机制。离散的板条边界对齐的马氏体应变局部化过渡到扩散铁素体塑性的界面，揭示了纳米级的正面和背面的微观结构应变对齐和DIC相关性的优化。所提出的框架产生了前后对齐的微观结构和应变场，提供了变形的3D解释，并为先进的多相模拟的前所未有的验证提供了新的机会。
2022-08-30 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Direct current thermo-mechanical testing: Principles, uncertainty hierarchy, and its role in advanced materials characterisation
National Physical Laboratory（英国国家物理实验室）；Purdue University（普渡大学）；Iowa State University（爱荷华州立大学）；Federal University of Technology（联邦科技大学）；University of Birmingham（伯明翰大学）
本综述针对DC-TMT缺乏标准化及被误作体等温测试的问题，整合相关研究分类不确定度源，评估其在多类材料中的应用，提出需透明报告等以支撑机制解读。
2026-09-02 cond-mat.mtrl-sci
Toughening elastomers via microstructured thermoplastic fibers with sacrificial bonds and hidden lengths
具有大的非弹性变形能力的软材料在具有刚度、强度和韧性的高性能建筑材料中起着至关重要的作用。在这些结构化材料中由玻璃或陶瓷制成的刚性“构建块”缺乏非弹性变形能力，因此依赖于将这些构建块结合在一起以实现大变形和高韧性的软界面材料。在这里，我们证明了实现大的非弹性变形和高能量耗散的软材料的概念，通过嵌入微结构的热塑性纤维与牺牲债券和隐藏的长度在一个广泛使用的弹性体。微结构纤维是通过利用商业3D打印机上熔融聚碳酸酯（PC）线的流体机械不稳定性制造的。聚二甲基硅氧烷（PDMS）树脂渗透在纤维周围，固化后形成柔软的复合材料。通过断裂试验分析了复合材料的破坏机理和损伤容限。高的能量耗散被发现与牺牲键和弹性体基体的多个断裂事件有关。与纯弹性体相比，在弹性体复合材料中组合微结构化纤维和直纤维导致刚度增加约17倍，总失效能量增加约7倍。将牺牲键和隐藏长度增韧机制应用于软材料的微观研究结果将有助于开发具有高力学性能的新型仿生层合复合材料。
2021-02-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Predicting Mechanical Properties from Microstructure Images in Fiber-reinforced Polymers using Convolutional Neural Networks
Purdue University（普渡大学）
本文改进StressNet为全卷积网络，从纤维增强聚合物的分割显微结构图像预测非线性有限元应力场，实现秒级高精度预测并提示潜在损伤位置。
2020-10-07 cond-mat.mtrl-sci cs.LG
Microscopic plasticity and damage in two-phase steels: on the competing role of crystallography and phase contrast
本文揭示了金属材料的微观力学方面，其微观结构包括两个或多个阶段的晶粒。局部塑性响应由（i）单个晶粒滑移系的相对取向差和（ii）相的不同机械性能决定。这两种机制在细观尺度上的相对重要性尚不清楚：塑性响应是由晶粒的各向异性主导的，还是这种效应被两相之间的机械对比所压倒？答案影响了这种材料在中尺度上的建模，但也提供了在该长度尺度上产生的断裂机制的见解。到目前为止，这个问题只针对特定的晶体学和机械性能进行了讨论。相比之下，本文系统地研究了这个问题，使用大量的相位分布，晶体学和材料参数。结果发现，宏观和介观（晶粒平均）塑性响应的两个极端的建模选择（晶体塑性或各向同性塑性）收敛与增加的相位差。当硬相的屈服应力比软相高四倍时，晶体学的效果完全被相差压倒。当该比值小于2时，其影响不可忽略。然而，即使在这种情况下，断裂起始也由相的局部布置控制。后者是量化的，在本文中通过平均安排的相周围的断裂起始位点。
2016-12-05 cond-mat.mtrl-sci
An Automated and Reproducible Workflow for Crack Identification and Damage Assessment of Fusion Materials
Oak Ridge National Laboratory（橡树岭国家实验室）
针对聚变材料辐照后显微分析中人工处理无法扩展的问题，提出一种在Galaxy环境中实现的可复现自动化工作流，可从SEM图像识别裂纹并量化损伤，无需参数调整，并在稀疏数据集上验证，为后续预测与模拟提供标准化输入。
2026-10-05 cond-mat.mtrl-sci cs.LG
Rapid Electron Backscatter Diffraction Mapping: Painting by Numbers
通过使用电子背散射衍射（EBSD），在扫描电子显微镜（SEM）中通过分析晶相和取向生成丰富的图谱，从而大大增强了微结构表征。传统的EBSD分析包括电子束的光栅扫描和每个衍射图案的顺序分析。对于晶粒形状、晶体学织构和微观结构分析，这可能是低效的。在这项工作中，我们提出了快速EBSD，数据融合的方法结合forescatter电子（FSE）成像与静态稀疏采样的EBSD模式。我们将FSE图像分割成相似颜色（即相和晶体取向）的区域，然后收集每个分割区域的代表性EBSD数据。这使得能够在（快速）FSE成像的空间分辨率下执行微观结构评估，同时包括来自代表性点的EBSD分析的取向和相位信息。我们展示了快速EBSD技术的钴基高温合金和应变双相钛合金的样品，与传统的分析结果进行比较。快速EBSD有利于在有时间限制的实验中评估晶粒尺寸分布。
2018-11-13 cond-mat.mtrl-sci
Cyclic plasticity and fatigue damage of CrMnFeCoNi high entropy alloy fabricated by laser powder-bed fusion
CrMnFeCoNi高熵合金是高度可打印的，并且具有巨大的结构应用潜力。然而，在以往的研究中，没有显着的讨论循环塑性和疲劳损伤。本研究提供了重要的见解打印过程之间的联系，凝固组织，循环塑性和疲劳损伤演变的合金制造的激光粉末床融合。基于热力学的预测（通过扫描透射电子显微镜（STEM）能量色散X射线光谱（EDX）验证）表明，在所有考虑的打印参数中，Cr、Co和Fe分配到凝固单元的核心，而Mn和Ni分配到单元边界。位错滑移和形变孪晶都是导致塑性形变的主要原因。然而，前者被认为是循环塑性的单一主导机制。表面光洁度有助于显著延迟裂纹萌生，并导致未熔合孔隙成为裂纹萌生的主要来源。最重要的是，扫描策略显著影响晶粒排列和晶粒尺寸，导致对疲劳裂纹扩展的显著影响;特别是，在具有0°旋转的曲折扫描策略中观察到最高的裂纹扩展阻力，这归因于大多数柱状晶粒和沿着裂纹扩展路径的最小晶界间距。
2020-07-14 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Control of Mechanical and Fracture Properties in Two-phase Materials Reinforced by Continuous, Irregular Networks
本研究通过随机算法设计不规则聚合物增强网络，独立控制微观结构拓扑与几何，从而在局部和全局尺度调控两相复合材料的力学与断裂性能，并实现裂纹空间扩展的预先设计。
2023-09-05 cond-mat.mtrl-sci
Polycrystal model of the mechanical behavior of a Mo-TiC30vol.% metal-ceramic composite using a 3D microstructure map obtained by a dual beam FIB-SEM
Mo-TiC 30 vol. %的机械性能在大的温度范围（25^{ \circ }C至700^{ \circ }C）内研究了陶瓷-金属复合材料。高能X射线断层扫描被用来揭示通过复合材料的硬质碳化钛相的渗透。使用两相材料的多晶方法，对材料的真实3D聚集体进行有限元模拟。3D微观结构，用作预测的起始配置，通过在耦合到电子背散射衍射系统（3D EBSD，EBSD层析成像）的双束聚焦离子束（FIB）-扫描电子显微镜（SEM）中连续切片来获得。该3D聚集体由钼基体和碳化TiC骨架组成。与大多数BCC金属一样，钼基体相的特征在于塑性机制随温度的变化。我们使用多晶模型的BCC材料，这是扩展到两相（TiC和Mo）。通过对纯铌的实验，确定了基体的模型参数。对于所有的温度研究，TiC颗粒被认为是脆性的。TiC颗粒的逐渐损伤的治疗，基于累积失效法，这是近似的表观颗粒弹性刚度的演变。该模型使我们能够确定局部力学场的变形和温度的演变。我们表明，需要一个代表复合材料的实际微观结构的3D聚集体来了解所研究的复合材料的局部和全局力学性能。
2013-01-08 cond-mat.mtrl-sci physics.med-ph
X-ray Linear Dichroic Tomography of Crystallographic and Topological Defects
本文提出X射线线性二色性取向断层扫描，实现多晶材料三维晶粒内与晶粒间无损表征，以73纳米分辨率绘制V2O5晶体取向并识别晶界及拓扑缺陷生成湮灭。
2024-02-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
