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有序合金中点缺陷的改进分析型嵌入原子法模拟

作　者: 林忠良
导　师: 张建民
学　校: 陕西师范大学
专　业: 光学
关键词: 点缺陷迁移机制 MAEAM
分类号: O483
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

由于绝对零度的理想情况无法实现,材料中的原子将因热涨落而离开它们的布拉维格点,从而在材料中形成大量的点缺陷。它们的存在极大的影响了材料的力学特征、机械性能以及电磁等方面的特性。因此,研究材料中缺陷的特征和形成规律以及缺陷间的相互作用具有重要的现实意义。本文以B2型TaW有序合金和L10型CuAu有序合金为例,运用改进分析型嵌入原子法详细地研究了它们的物理性质。主要包括静态时合金的晶格常数、结合能、形成能；合金中单空位、反位置缺陷的形成能以及双空位的形成能和结合能；合金中单空位的迁移机制并且分别计算了不同迁移机制下需要的迁移能和扩散激活能。最后,我们利用能量最小化原理对合金中单空位的择优迁移机制做了详细的讨论。讨论结果如下：(1)TaW有序合金的静态晶格常数和形成能分别为a=3.2316A、△Ec=-0.0950eV,这与从头算起方法所得到的数据a=3.2450A、△Ec=-0.1035eV相吻合；CuAu有序合金的静态晶格常数、结合能和形成能分别是a=3.9640A、c=3.6720A、Ec=3.8673eV、△Ec=-0.1323eV,它们也分别与第一原理或实验得到的数据a=3.966A、c=3.673A、Ec=3.74eV、△Ec=-0.15eV相吻合。上述数据表明,改进分析型嵌入原子法能够很好的描述以上两种合金的物理性质。(2)TaW有序合金中Ta和W的单空位形成能分别是VTa=3.4814eV、Vw=3.7014eV,反位置缺陷形成能分别为Taw=0.9730eV、WTa=-0.6583eV；CuAu有序合金中Cu和Au的单空位形成能分别为VCu=1.1795eV、VAu=1.1958eV,反位置缺陷形成能分别为CUAu=0.0587eV、AuCu=0.7456eV。当上述两种合金体系偏离它们的理想结构时,反位置缺陷较单空位更容易形成,这是因为反位置缺陷的形成能小于单空位形成能。对于双空位,我们根据所需要形成能的大小得出TaW有序合金中三种双空位的形成次序是VTo-W、VTa-Ta、VW-W; CuAu有序合金中三种双空位的形成次序是VCu-Au、VCu-Cu、VAu-Au。(3)为了讨论势函数不同截尾距对合金中单空位迁移能和激活能的影响,我们以1NNNJ为例详细地计算了两种不同截尾距下单空位的迁移能和激活能。计算结果表明截尾距对迁移结果影响不大,不同截尾距下的相对误差均小于10%。因此,截尾距不是影响迁移结果的主要因素,本文我们依据次近邻改进分析型嵌入原子法的选取原则,将rc=rc2=r2e+0.75(r3e-r2e)作为势函数的截尾距离。(4)TaW有序合金中单空位的六种不同迁移机制,只有1NNNJ和1TNNJ的能量位移曲线关于迁移路径的中点对称。在这六种迁移机制中,1NNJ的迁移能最低,但是迁移完成后将在合金中引入一个反位置缺陷,从而打破合金的有序性。1NNNJ和1TNNJ虽然能够很好的保持合金的有序性,但是它们需要很高的迁移能不利于迁移的进行。因此,1NNNJ和1TNNJ将被六步循环跳所取代。Ta单空位迁移机制的顺序由易到难依次是1NNJ、S[100]6NNCJ\ B[100]6NNCJ、[110]6NNCJ; W单空位迁移机制的顺序由易到难依次是1NNJ、S[100]6NNCJ、B[100]6NNCJ(或[110]6NNCJ)。(5) CuAu有序合金中单空位的五种不同迁移机制,除了1NNJ和1NNNJ的能量位移曲线关于迁移路径的中点对称外,其余的均不对称。无论是Cu还是Au单空位,它们的最可几迁移机制是ASB,最困难的迁移机制是INNNJ。因此,1NNNJ将被六步循环跳所取代。Cu单空位迁移机制的顺序由易到难依次是：ASB、1NNJ、B[001]6NNCJ、S[001]6NNCJ; Au单空位迁移机制的顺序由易到难依次是ASB、B[001]6NNCJ(或S[001]6NNCJ)、1NNJ.

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-8
第1章引言  8-12
  1.1 点缺陷  8
  1.2 点缺陷的理论和实验研究  8-10
  1.3 研究对象与内容  10-12
第2章理论基础  12-20
  2.1 EAM  12-14
  2.2 AEAM  14-15
  2.3 MAEAM  15-20
第3章 B_2型TaW有序合金点缺陷的原子模拟  20-32
  3.1 TaW有序合金的晶格常数和势函数  20-23
  3.2. 模拟过程  23-26
    3.2.1 单空位和反位置缺陷  23-25
    3.2.2 双空位  25-26
  3.3 迁移机制  26-30
  3.4. 本章小结  30-32
第4章 L1_0型CuAu有序合金点缺陷的原子模拟  32-40
  4.1 CuAu有序合金的晶格常数  32-33
  4.2. 模拟过程  33-35
    4.2.1 单空位和反位置缺陷  33-34
    4.2.2 双空位  34-35
  4.3 迁移机制  35-38
  4.4 本章小结  38-40
结论  40-42
参考文献  42-48
附录  48-50
致谢  50-52
攻读学位期间的科研成果  52

有序合金中点缺陷的改进分析型嵌入原子法模拟

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