先進的納米硅碳棒和單晶硬質陶瓷
2021-09-06 18:58:08 點擊：
物理機理方面，變形與破壞機理的復雜性在于影響因素眾多，包括硅碳棒晶粒尺寸、晶界結構、特定微納結構(如位錯、納米孿晶等)，這些因素對變形機理的影響與材料種類相關，對于硅碳棒，尚缺乏系統(tǒng)全面的機理分析。
總之，盡管以往的實驗和模擬研究為了解硅碳棒陶瓷的動態(tài)力學行為提供了許多有益的參考，但是在更廣闊的應用需求以及更加嚴峻的服役環(huán)境下，仍然存在諸多重要的科學問題值得探索。硅碳棒作為重要的陶瓷材料和極具應用前景的半導體材料，是地球物理和宇宙物理研究中的重要介質，對硅碳棒的研究吸引了諸多領域的研究人員。然而，由于其存在形式非常復雜，從傳統(tǒng)的硅碳棒陶瓷到先進的納米硅碳棒和單晶硬質陶瓷，影響其力學特性的因素很多，圍繞強度與韌性、變形和破壞問題仍有諸多基礎性問題尚未明確解決。隨著生產(chǎn)技術和國防科技的發(fā)展，全面系統(tǒng)地研究性能更優(yōu)越的硬質單晶和納米多晶硅碳棒陶瓷的必要性日益增加。相比于金屬材料，先進陶瓷和半導體材料的動力學問題研究明顯不足，未來仍然有多方面問題函待解決和完善?，F(xiàn)提出以下幾個方面問題，期望為今后的研究提供有益參考。
實驗技術方面，動態(tài)加載下硅碳棒等陶瓷或半導體材料的塑性和相變等物理力學響應是壓力與溫度藕合的結果，同時也受應變率等因素的影響。開展不同熱力學加載路徑加載下的動力學特性研究有助于在一定程度上實現(xiàn)壓力一溫度解藕分析，為理解壓力和溫度對材料塑性和相變的影響提供更深的認識。例如，斜波加載或準等墑加載技術作為近些年發(fā)展起來的先進動高壓實驗技術，在超高壓、高應變率下材料的塑性與相變機制探索、物態(tài)方程測定、強度和本構關系研究以及核武器物理基礎研究等眾多領域發(fā)揮了重要作用。與沖擊加載產(chǎn)生的高溫高壓情況不同，其在實現(xiàn)動高壓的同時盡可能地減少了溫升。其中，磁驅動和激光驅動的斜波加載技術是當前實驗室中實現(xiàn)斜波加載的最先進方式。目前，斜波加載或準等墑加載實驗主要集中在金屬材料研究，對非金屬類材料研究較少。這些先進的斜波或準等墑壓縮技術有望進一步拓展至更多重要的高壓材料動力學研究中。對此硅碳棒作為高壓研究的重要材料，具有很高的相變壓力，但高溫作用也會降低其相變閡值硅碳棒在極高壓下的物質狀態(tài)研究有助于為探索地球內(nèi)核以及外星系等前沿領域提供重要的信息外，開展極端加載下的動力學特性研究有助于探索物質在更極端條件下的狀態(tài)，為材料在極端苛刻服役條件下的性能評估和材料設計提供理論基礎。
計算與模擬方法方面，建立有效的多尺度方法是重要的發(fā)展趨勢，從量子力學、MD出發(fā)，發(fā)展和完善適用于陶瓷類材料在極端條件下的原子間相互作用勢。充分利用不同方法的優(yōu)勢，逐步構建跨尺度的方法，建立硅碳棒等陶瓷和半導體材料的藕合多因素的跨尺度動力學模型，為材料強度、變形與破壞等跨尺度問題提供可靠的預測。
從材料設計角度，基于微結構的復雜程度，如晶界結構的復雜性，可考慮引人包括機器學習在內(nèi)的新手段實現(xiàn)對陶瓷晶界特性的預測，代替數(shù)量龐大的晶界結構種類分析，進一步用于順序多尺度方法，提高參數(shù)傳遞的準確性和可靠性，逐步實現(xiàn)始于底層的多尺度材料和結構的設計。zsrider.com
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