非晶合金在加载条件下往往展现出局域剪切变形从而引起脆性破坏,这在一定程度上限制了其应用。为了解决这一问题,设计非晶复合材料是实现非晶合金强韧化的有效途径之一。本文采用分子动力学模拟方法,设计CuZr体系纳米晶/非晶复合材料(Nanocrystal-Metallic Glass Composites,NCMGCs),通过调整B2 CuZr纳米晶的晶向、分布和尺寸,研究非晶复合材料的力学性能和变形机理。从提升非晶复合材料塑性的角度出发,设计了含有不同晶体缺陷的NCMGCs,探讨了缺陷对非晶复合材料变形行为的影响。通过以上研究揭示复合材料中非晶基体和B2 CuZr纳米晶的变形机制,对于优化非晶复合材料的性能,拓展其应用范围具有重要意义。论文具体的研究内容和结构概括如下:(1)研究了 B2 CuZr纳米晶的存在是如何影响非晶中剪切转变区(Shear Transition Zones,STZs)和剪切带的形成、扩展。模拟结果表明非晶基体以及纳米晶和非晶界面(Amorphous-Crystalline Interfaces,ACIs)作为“软”相成为STZs的成核点,诱发不成熟的剪切带,随着应力增加,STZs相互渗透并且最终扩展形成成熟剪切带。由于晶体相的加入,非晶复合材料的强度明显高于纯非晶样品。纳米晶外层原子在变形过程中逐渐出现非晶化,并且非晶化部分原子参与形成剪切带。(2)研究了 B2 CuZr纳米晶的晶向、分布以及尺寸对NCMGCs力学性能的影响。模拟结果表明纳米晶晶向影响NCMGCs的弹性模量。同时,纳米晶在非晶基体上的分布方式影响剪切带的传播方向。此外,随着纳米晶尺寸的增大,晶体相开始参与塑性变形,其中[110]&AA&d=7.4 nm样品和[111]&AA&d=7.4 nm样品经历了晶体相和非晶相的协同变形,这使得应力-应变曲线上呈现两个阶段的屈服。第一阶段屈服对应着晶体内部层错的出现,该过程释放了晶体的部分应力,使得晶格畸变部分恢复到完美晶格结构。第二阶段的屈服对应着非晶中STZs主导的剪切变形,伴随着不成熟剪切的出现,进一步发展成为成熟剪切带。这表明随着晶体体积分数的增加,应力达到晶体滑移临界应力,晶体内部层错的出现延缓了单一成熟剪切带的出现。(3)研究了 B2 CuZr纳米晶中孔洞、位错、层错和晶界等缺陷对NCMGCs的力学性能以及形变机制的影响。纳米晶由于缺陷的引入,层错的形核核心增加,在变形过程中更易以层错的形式优先产生塑性变形。层错和ACIs共同作用,激发非晶中STZs的产生,使得非晶相和晶体相共同参与复合材料的塑性变形。1)孔洞的存在激发晶体相中出现大量层错,层错与非晶基体上分布的不成熟剪切带形成网状的分布状态,使得样品呈现较均匀的塑性变形。2)位错的分布形式影响层错的位向以及密度,并且,位错的引入使得晶体相优先变形,但同时也降低了复合材料的屈服强度。纳米晶内部层错出现汇集交叉,层错激发ACIs处的STZs,二者共同承载应变,避免非晶中出现明显的局域剪切变形。3)对于含有不同位向的层错的非晶复合材料来说,不同位向的层错存在同样降低了样品的屈服强度,但其晶体的软化程度没有位错缺陷明显。而对于所设计的纳米多晶复合材料,由于受到纳米晶尺寸的影响,似乎仅将纳米晶分割成更小的晶粒,网格状的应变较均匀的分布在了界面及非晶基体上。因此,对于设计NCMGCs来说,不断优化结构设计方案,便于从原子尺度上了解非晶合金在压缩加载条件下的变形行为以及变形机理,为实验研究提供必要的理论依据。