[发明专利]一种模拟辐照缺陷与晶界协同演化的方法

说明书

本发明公开了一种模拟辐照缺陷与晶界协同演化的方法，包括以下步骤：获得晶界能量与平移向量关系，获得基态对应的平移向量集合与基态间跃迁能垒，分析最易跃迁模式，考察点缺陷对晶界跃迁过程的影响，考察晶界附近空位团簇对晶界跃迁过程的影响，考察辐照缺陷对VTk的影响，建立包含晶界运动的速率表格，辐照缺陷与晶界协同演化的OKMC模拟。本发明可以处理辐照缺陷对晶界运动以及辐照缺陷偏聚对晶界运动动力学的影响、运动的晶界与晶界附近活性低的空位团簇或空洞的作用、辐照缺陷与静态的晶界作用、辐照缺陷微结构演化过程中可能出现的晶界运动及其对微结构演化的影响；尤其适用于模拟复杂缺陷‑晶界交互作用下纳米结构辐照损伤微结构演化过程。

技术领域

本发明涉及核材料辐照损伤模拟领域，尤其涉及一种模拟辐照缺陷与晶界协同演化的方法。

背景技术

材料遭受高能粒子辐照时，会生成扩散活性不同的点缺陷及其团簇，如自间隙原子、空位和这些缺陷的团簇。晶界常常作为缺陷阱，吸收辐照缺陷，影响辐照缺陷微结构的演化和材料最终的服役性能。研究辐照缺陷与晶界相互作用具有科学和工程意义。

在研究辐照缺陷与界面跨尺度相互作用机理时，人们通常将晶界看作稳定的辐照缺陷演化环境，关注晶界对点缺陷行为的影响。这是因为一方面点缺陷活性较高，在辐照缺陷微结构演化中可能扮演较为重要的角色，而且其扩散过程较为简单；另一方面缺陷团簇或者晶界活性较低。然而，随着辐照缺陷的演化，如扩散、偏聚，不仅可能改变了晶界结构，进而改变了其热力学和动力学性质，诱导晶界滑移或迁移，反过来，受辐照缺陷修饰的晶界还可能以一种不同的方式与晶界附近活性低的缺陷团簇发生作用，即辐照缺陷与晶界可能发生协同演化。由于晶界本身自由度很多，其势能面较为复杂，目前还没有很好的模拟技术直接考察这种涉及到晶界运动或相变的缺陷-晶界协同演化过程。

因此，需要开发一种能计算晶界滑移/迁移的热力学和动力学性质的模拟技术。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种模拟辐照缺陷与晶界协同演化的方法，该方法同时将晶界运动事件纳入到OKMC模拟缺陷演化框架中，以考察晶界运动或相变参与的缺陷-晶界多尺度相互作用，尤其是缺陷团簇与晶界的交互作用。

本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种模拟辐照缺陷与晶界协同演化的方法，包括以下步骤

S₁、获得晶界能量与平移向量关系：建立初始晶界模型，设其在平行晶界两个方向的最小周期分别为px和py，将一个晶粒相对于另一个晶粒平移时，相应的平移步长分别为dx、dy，平移向量VT＝(i*dx,j*dy)，其每个方向的值在0-px、0-py之间变化，每一次平移之后，对整个晶界模型进行充分原子弛豫，完成所有的平移-弛豫之后，得到晶界能量E与平移向量VT的关系E＝E(i*dx,j*dy)；

S₂、获得基态对应的平移向量集合与基态间跃迁能垒：对比每次平移-弛豫后的体系能量，得到能量最低的相应平移向量集合VT1，同时得到平行弛豫后相应的体系构型R集合，对R集合中任意两个构型Ri和Rj，比较其距离，若其距离大于跃迁值时，认为两个态之间发生了跃迁，并调用NEB(Nudged Elastic Band)计算跃迁能垒；

S₃、分析最易跃迁模式：分析晶界跃迁能垒与跃迁距离关系，获得跃迁能垒最低的跃迁及其对应的平移向量VTk；

S₄、考察点缺陷对晶界跃迁过程的影响；

S₅、考察晶界附近空位团簇对晶界跃迁过程的影响；

S₆、考察辐照缺陷对VTk的影响；

S₇、建立包含晶界运动的速率表格；