钙长石成分熔体粘滞度和自扩散系数压力效应的分子动力学研究

用分子动力学方法,研究了1999 K下,压力由23 MPa上升到15183 MPa的过程中,CaAl_2Si_2O_8成分熔体的微观结构、剪切粘滞度和粒子自扩散系数的压力效应。在此基础上,探讨压力对剪切粘滞度与粒子自扩散系数之间关系的影响,并将它同微观结构的变化联系起来。结果表明,粒子自扩散系数的压力效应与熔体结构有很强的相关性;压力的挤压效应阻碍了粒子的扩散,而Si-O和Al-O 5次配位体的形成又加速了扩散过程,两种相反的作用相互抵消,造成的结果是在0～5 GPa范围内,Si^(4+),O^(2-)和Al^(3+)等网架形成粒子的自扩散系数随压力变化不明显;当压力继续增大时,挤压效应占了主导,导致自扩散系数值快速减小。Ca^(2+)作为网架修饰粒子,自扩散系数随压力升高单调下降。压力小于5 GPa时,粒子自扩散系数的大小关系是:D_(Ca)>D_(Al)>D_O>D_(Si)。系统粘滞度随压力的变化与熔体中BO的含量密切相关:BO含量小于域值时,一定范围内BO含量的变化不会对粘滞度产生很大的影响,超过域值,BO含量的微小增加会导致粘滞度值迅速增大。有效应用Eyring方程的关键是方程中粒子跳跃距离的确定,本研究发现,Si^(4+)和O^(2-)的跳跃距离可以通过系统中非桥氧的百分含量来获得。这一发现使得我们能够利用系统中NBO的含量。