前沿透视：纳米多晶陶瓷冲击响应的晶粒尺寸效应学术资讯

来源：今日新材料

陶瓷材料在国防军事和航空航天领域有重要应用，在装备向轻量化和高性能的发展中扮演重要的角色。其应用中存在高温高压和高应变率乃至强辐射等复杂恶劣条件，对极端条件下的物理和力学特性的研究受到重要关注。

近日，华南理工大学姚小虎教授课题组基于大规模分子动力学方法研究了纳米多晶碳化硅陶瓷的冲击响应。模型晶粒尺寸范围为2nm至32nm，原子规模高达2.06亿。文章系统分析了不同晶粒尺寸的纳米碳化硅陶瓷在粒子速度为1km/s至5km/s的冲击压缩变形与层裂破坏行为，从纳观尺度揭示了高应变率下纳米多晶陶瓷的冲击压缩损伤和层裂破坏的机理以及晶粒尺寸的影响规律。为了有效地开展对纳米碳化硅陶瓷的冲击响应研究，研究者采用Voronoi方法构建纳米多晶陶瓷模型试样，并从能量、密度和晶界厚度等多参数与理论或实验观测值对比验证了其合理性。同时，通过对冲击Hugoniot曲线，如压力-体积、压力-粒子速度和波速-粒子速度等曲线的计算模拟结果和实验值的比较验证了势函数的可靠性。

基于此，研究者发现随着冲击粒子速度的增加纳米多晶碳化硅相继出现弹性、塑性及相变行为。其中，以变形孪晶为主的塑性变形和从闪锌矿结构到岩盐结构转变的固固相。通过对孪晶比例的统计分析，结果显示：通常情况随着晶粒尺寸的减小，产生孪晶变形的晶粒比例降低。上述工作系统研究了高应变率下小纳米晶粒尺寸碳化硅陶瓷的冲击压缩和层裂破坏行为，揭示了晶粒尺寸对纳米陶瓷动态物理和力学特性的影响规律，为极端条件下材料的动态物理力学特性等相关领域的研究提供了有益的参考。

文献链接：

https://doi.org/10.1016/j.actamat.2020.09.044

来源：gh_d06fa4463e84 今日新材料

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