用FS多体势模型模拟金属铜的冷却过程

采用常温、常压分子动力学模拟方法模拟了在周期性边界条件下由 5 0 0个原子构成的液态Cu模型系统的凝固过程 ,考察了不同降温速率下液态Cu的凝固行为。模拟结果很好地重现了实验值。模拟中原子间作用势采用FS势 ,结构分析采用双体分布函数、对分析技术、内能、均方位移等方法 ,得到了原子体系微观结构组态变化的重要信息 ,并利用能量分析的方法对体系微观结构的变化进行了说明。

Finnis-Sinclair多体势的发展及其在金属中的应用

综述了F inn is-S inc lair多体势的发展,给出了F inn is-S inc lair多体势的各种势函数形式及几种纯金属及合金的F-S多体势参数;阐述了各种形式势函数的适用范围及其存在的问题;讨论了F inn is-S in-c lair多体势在纯金属、二元合金及三元合金中的应用情况;在此基础上,通过晶格常数a0、结合能E及体弹性模量B拟合了FeA l合金的F inn is-S inc lair多体势,并计算了B2型FeA l有序合金的缺陷性能,计算结果与实验结果一致.

金属Nb的Finnis-Sinclair势开发及势函数形式对材料性能的影响

对于计算材料科学的研究者来说,经常由于找不到合适的原子间势而工作受阻.本文将在Finnis-Sinclair势的框架下,通过开发金属Nb的Finnis-Sinclair势而给出较详细的原子间势拟合、检验、修正的过程.首先建立原子间势与材料宏观性能之间的关系,然后通过再现金属Nb的结合能、体模量、表面能、空位形成能及平衡点阵常数的实验数据的方法拟合金属Nb的Finnis-Sinclair势.利用所构建的原子间势计算金属Nb的弹性常数、剪切模量及柯西压力来检验势函数.讨论势函数曲线形状对间隙形成能的影响,进而根据间隙能的计算数据修正已构建的原子间势.讨论截断距离的处理方法.本文的结果一方面为构建原子间势函数库提供资料,为构建与Nb相关的合金原子间势奠定基础;另一方面,为开发和改善原子间势质量提供方法和依据.

Ag、Cu、Au、Ni、Pd、Pt的Long-range Finis-Sinclair势构建及其二元合金形成焓的计算

构建了fcc金属Cu、Ag、Au、Ni、Pd、Pt的Long-range Finnis-Sinclair势,并利用晶格常数、体弹性模量和金属的内聚能的实验数据拟合了这几种金属的Long-range Finnis-Sinclair势参数;利用Miedema理论和所构建的原子间相互作用势计算了Cu,Ag,Au,Ni,Pd,Pt的二元合金的形成焓.对两种计算结果进行了比较,并与已有的实验结果进行了比较.结果表明,使用Long-range Finnis-Sinclair势计算合金的形成焓能够得到令人满意的结果.

金属Cu熔化及晶化行为的计算机模拟

采用分子动力学方法对500个金属Cu原子的模型体系在熔化及晶化过程中的结构组态、能量变化进行了计算机模拟研究。原子间作用势采用FS势,模拟结果表明:在连续升温过程中,金属Cu在1444K熔化;在较慢冷却条件下,液Cu在1014K结晶;在较快冷速条件下,液Cu形成非晶态,从能量的角度分析了模拟过程中温度变化速率对结果的影响。

金属银熔体快冷过程的计算机模拟

利用分子动力学模拟技术研究了由周期性边界条件控制的500个银(Ag)原子构成的金属Ag熔体快速冷凝过程.冷却速率为8×1013K/s.模拟在FS(Finnis-Sinclair)相互作用势的基础上,通过双体分布函数、键对分析技术、键取向序等多种方法,对液银快速冷凝过程的微观结构转变特性作了分析,给出了连续快速冷凝过程中液银原子间依靠相互作用力形成的独特的微观结构图像.并考察了冷却过程中体系能量和元胞体积随温度的变化.模拟结果表明在快速冷凝过程中液Ag没有形成bcc结构的倾向.

金属铜升温熔化过程的分子动力学模拟

采用分子动力学方法模拟了金属铜的升温熔化过程.原子间作用势采用FS(Finnis-Sinclair)势,结构分析采用双体分布函数(PCF)、均方位移(MSD)等方法.计算结果表明,在连续升温过程中,金属铜在1444K熔化,在该熔化点的扩散系数为4.31×10-9m2·s-1.上述结论与实验值相当接近,并且比之采用EAM镶嵌原子势所作模拟得到的结果更佳,说明FS势可以用来处理象液铜这样较复杂的无序体系.本文指出了升温速率在金属熔化过程中所起的作用.

液铜快速冷却过程微观结构演变的计算机模拟

利用计算机模拟了在周期性边界条件下由 5 0 0个原子构成的液态Cu模型系统以 4 2× 10 13 K/s的速率快速凝固的全过程 .模拟在FS相互作用势的基础上 ,通过双体分布函数、键对分析技术、键取向序等多种方法 ,对液Cu快冷凝固过程的微观结构转变特性作了分析 ,给出了连续快速冷凝过程中液Cu原子间依靠相互作用力形成的独特的微观结构图像 .模拟结果重现了实验值 ,且表明在快速冷却过程中液Cu没有形成bodycentercubic结构的倾向 .

液态Au和Ag冷却过程的分子动力学模拟

采用反映原子多体相互作用的FS势模型 ,通过分子动力学方法研究了贵金属Au、Ag在温度 2 0 0 0～ 30 0K之间的冷却过程 ,考察其结构变化特点 ,给出了冷却过程微观结构转变的重要信息 .

AuCu_3熔体快速冷凝过程的微观结构演化

采用分子动力学模拟技术研究了金属间化合物AuCu3熔体的双体分布函数、键对、多面体、配位数等在快速凝固条件下随温度的变化情况,详细考察了AuCu3中微观组团随温度的演化特点.结果表明,AuCu3熔体降温至700K时双体分布函数的第二峰已发生劈裂,液态金属中已经产生了非晶态;同时液体中的键对数及多面体数与温度的关系都表明,在上述向非晶转变的过程中,AuCu3熔体的确发生了微观结构组态的变化,其中以液体中的缺陷多面体随温度变化最为剧烈.

Cu_3Au熔体快速冷却过程微观结构演化的分子动力学模拟

利用分子动力学模拟技术研究了金属间化合物Cu3 Au熔体的双体分布函数 g(r)在快速凝固条件下随温度的变化情况 ,结果表明 ,Cu3 Au降温至 70 0K时第二峰已发生劈裂 ,液态金属中已经产生了非晶态 ;用键对分析技术详细考察了Cu3 Au中微观组团随温度的演化特点 ,液体中的键对数及多面体数与温度的关系都表明 ,Cu3 Au在向非晶转变的过程中 ,的确发生了微观结构组态的变化 ,其中以液体中的缺陷多面体随温度变化最为剧烈。非晶不是过冷液态的“冻结”。

液态银快速冷凝过程的微观结构演化研究

利用计算机模拟了在周期性边界条件下由 5 0 0个银原子构成的液态Ag模型系统以 8× 10 13 K/s的速率快速凝固的全过程。模拟在FS相互作用势的基础上 ,通过双体分布函数、键对分析技术等多种方法 ,对液Ag快冷凝固过程的微观结构转变特性作了分析 ,给出了连续快速冷凝过程中液Ag原子间依靠相互作用力形成的独特的微观结构图像。模拟结果表明在快速冷却过程中液Ag没有形成bcc结构的倾向。

热镀铜层冷凝过程的分子动力学模拟

采用常温、常压分子动力学模拟方法和FS(Finnis Sinclair)势 ,研究了在周期性边界条件下由 5 0 0个原子构成的液态Cu模型系统的凝固过程 ,考察了不同降温速率下Cu的凝固行为 ,得到了不同温度、不同冷却速率下Cu的双体分布函数 ;采用HA键型指数法统计了各种小原子团在不同温度下所占比例 ,采用键取向序分析了体系降温全过程的局域取向对称性 ,得到原子体系微观结构组态变化的重要信息 ;最后 ,利用能量分析的方法对体系微观结构的变化进行了说明 ,给出了液态Cu冷凝过程中微观结构转变的重要信息 .

贵金属Au冷却过程的分子动力学研究

通过分子动力学方法研究了不同冷速下金属Au在温度 2 0 0 0～ 30 0K之间的冷却过程 ,考察了Au的结构变化特点 ,给出了金属Au冷却过程微观结构转变的重要信息 ,并从能量转化的角度对结果进行了说明 .

AuCu_3熔体快速冷却过程中的键对与多面体

利用分子动力学模拟技术研究了由周期性边界条件控制的375个铜原子、125个金原子组成的金属间化合物AuCu3熔体的快速冷凝过程.利用双体分布函数、键对分析技术、多面体等方法详细考察了快速凝固条件下AuCu3中微观组团随温度的演化特点.结果表明,降温至700K左右时双体分布函数第二峰发生劈裂,液态AuCu3金属中产生了非晶态,非晶转变温度约为680K;AuCu3在向非晶转变的过程中,其微观结构组态具有选择性,其中缺陷多面体随温度变化最为剧烈,而hcp与fcc结构对温度不敏感.

Zn-Mg合金的长程Finnis-Sinclair势

通过拟合Mg的晶格能、晶格常数、弹性常数,并将其与前人的结果相比较后获得了描述Mg的最优长程Finnis-Sinclair(F-S)势函数参数,使用同样方法并引入修正因子后得到了Zn的长程F-S势参数.基于单质Zn,Mg的F-S势参数,进一步拟合合金Mg21Zn25,MgZn2,Mg2Zn11的晶格常数、晶格能获得Zn-Mg原子对的F-S势参数,构建了整套描述Zn-Mg合金的长程F-S势参数.在此基础上,对Zn,Mg单质及其合金在300K下进行了分子动力学模拟验证,并通过与其完美晶体结构的比较证明了本套势参数对Zn-Mg合金描述的适用性.最终得到了Zn-Mg合金的长程F-S势函数参数.

立方晶体弹性常数和EAM/FS势函数的关系

为了确定bcc和fcc晶体的EAM/FS势函数参数,研究了EAM/FS势函数与弹性常数的关系。对bcc和fcc结构晶体,分别导出压强(P)和体积弹性模量(B)、弹性常数(C44)和剪切弹性模量(Cp=(C11-C12)/2)的利用嵌入函数、对势函数和电子密度分布函数的表达式。发现C44和Cp的大小不仅取决于所考虑的原子和周围原子的距离,还受近邻原子排列状况的影响。将关于结合能(utot)和P、B、C44、C)p的5个拟合方程转化为求最小值的优化模型,给出了5种典型bcc结构晶体(V、Mo、Nb、Ta、W)和3种典型fcc结构晶体(Cu、γ-Fe、Ni)的结合能中待定参数的值。采用上述参数计算得到的最小结合能与实验结果一致,此时所对应的原子间距与晶格常数相同,表明了方法的有效性。