难熔陶瓷中滑移诱导裂纹钝化的描述符
材料科学
2023-10-09 v3
摘要
理解难熔陶瓷中脆性与塑性之间的竞争对于辅助设计具有增强抗断裂性能的硬质材料具有重要意义。受TiN陶瓷中位错活动导致裂纹屏蔽的实验观察[Int J Plast 27 (2011) 739]的启发，我们进行了全面的原子尺度研究，以确定Ti-N系统中脆性和滑移诱导塑性的机制。首先，我们针对Griffith和Rice应力强度（解理KIc和位错发射KIe）的密度泛函理论结果，以及在300至1200 K温度下对原始和有缺陷TiN晶格进行的从头算分子动力学力学测试模拟，验证了一个半经验原子间势。计算得到的KIc和KIe值表明其内在脆性，因为KIc << KIe。然而，KI控制的分子静力学模拟——通过纳米尺度建模可靠地预测宏观力学性能——揭示出滑移塑性可以通过降低裂纹尖锐度和/或阴离子空位的存在来促进。对带缺口Ti-N超胞模型进行拉伸的经典分子动力学模拟提供了对有限温度下脆性与塑性之间竞争的定性理解。尽管在大多数情况下裂纹扩展发生，但缺口尖端处剪切应力的足够快速积累可能通过位错的成核和发射推迟或阻止断裂。此外，我们表明，在有缺陷的Ti-N晶格中观察到导致裂纹钝化的滑移塑性的概率与原始Ti-N晶体的理想拉伸/剪切强度比（Iplast）相关。我们提出，Iplast描述符应被考虑用于评估陶瓷在有限温度下通过位错介导塑性钝化裂纹的能力。
引用
@article{arxiv.2203.00622,
title = {Descriptor for slip-induced crack-blunting in refractory ceramics},
author = {D. G. Sangiovanni and A. Kraych and M. Mrovec and J. Salamania and M. Oden and F. Tasnadi and I. A. Abrikosov},
journal= {arXiv preprint arXiv:2203.00622},
year = {2023}
}