超常條件下熔體的結(jié)構(gòu)演變.pdf

1、本文采用分子動(dòng)力學(xué)(MD)模擬的方法，利用EAM、TB作用勢(shì)，對(duì)壓力、剪切力等超常條件下金屬的微觀結(jié)構(gòu)演變及過(guò)冷液體的動(dòng)力學(xué)參數(shù)進(jìn)行了研究。 在不同壓力下分別以TB和EAM作用勢(shì)對(duì)純金屬Au和NiAl合金的快速冷卻過(guò)程進(jìn)行了MD模擬，結(jié)果表明，壓力對(duì)液態(tài)體系的結(jié)晶/非晶轉(zhuǎn)變過(guò)程有很大的影響，壓力不同，體系的冷卻產(chǎn)物有很大的差別，體系偶分布函數(shù)的變化更加清晰的體現(xiàn)了這一點(diǎn)。高壓使團(tuán)簇尺寸縮小，原子的最近鄰距離減小。在冷卻過(guò)程中團(tuán)簇

2、的種類(lèi)和數(shù)量在不同的壓力下也發(fā)生了不同的變化，通過(guò)鍵對(duì)分析可以看出，當(dāng)壓力低于某一數(shù)值時(shí)，表征二十面體結(jié)構(gòu)的1551、1541鍵對(duì)能夠形成并保留至低溫，壓力對(duì)非晶結(jié)構(gòu)的形成起了促進(jìn)作用，低溫下體系轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷ЫY(jié)構(gòu)，且玻璃轉(zhuǎn)變溫度隨壓力呈線(xiàn)性增長(zhǎng)；壓力超過(guò)該值時(shí)，體系在快速冷卻過(guò)程中結(jié)晶趨勢(shì)增強(qiáng)，體系低溫下將生成晶體。高壓作用下液態(tài)體系的結(jié)構(gòu)變得更加復(fù)雜，體系在快速冷卻后結(jié)構(gòu)發(fā)生了明顯改變。 采用J.Mei的EAM作用勢(shì)對(duì)液態(tài)Al在

3、不同剪應(yīng)力條件下的結(jié)構(gòu)變化進(jìn)行了模擬。體系以6.25×1012K/s的冷速?gòu)?500K冷卻至400K，當(dāng)向體系施加剪切力時(shí)，連續(xù)的能量-溫度曲線(xiàn)上出現(xiàn)陡降，剪切體系最終在低溫下形成晶體結(jié)構(gòu)，能量發(fā)生突降時(shí)的轉(zhuǎn)變溫度隨剪切力的增大而升高，這是局部能量壁壘降低的結(jié)果。通過(guò)偶分布函數(shù)發(fā)現(xiàn)，剪切力的加入提高了高溫液態(tài)體系的無(wú)序度，使原子最近鄰距離減?。粡逆I對(duì)分析的結(jié)果中發(fā)現(xiàn)，在非剪切體系中表征FCC晶體結(jié)構(gòu)的1421鍵對(duì)在低溫下占主要地位；而在

4、剪切體系中，晶體結(jié)構(gòu)和二十面體結(jié)構(gòu)數(shù)量相當(dāng)，當(dāng)溫度低于800K時(shí)，體系中有相當(dāng)數(shù)量的標(biāo)志BCC晶體結(jié)構(gòu)的1661+1441鍵對(duì)。剪切力加入后體系結(jié)構(gòu)發(fā)生了明顯的改變，正是這種結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變導(dǎo)致了體系的能量發(fā)生突變。 對(duì)純Ni體系在兩種不同冷卻條件下的動(dòng)力學(xué)參數(shù)進(jìn)行了模擬計(jì)算，對(duì)過(guò)冷液體馳豫、結(jié)晶、非晶形成之間的關(guān)系進(jìn)行了初步的探討。MD模擬結(jié)果表明，冷卻速度對(duì)體系的凝固產(chǎn)物有重要的影響，當(dāng)冷速為1.9×1012K/s時(shí)，體系在低溫下

5、形成晶體，凝固溫度Ts約為990K；而冷速為5.7×1012K/s時(shí)，體系冷卻形成非晶態(tài)，玻璃轉(zhuǎn)變溫度Tg約為670K。計(jì)算了不同溫度下三種相關(guān)函數(shù)MSD、Fs(k，t)和NGP隨時(shí)間變化的數(shù)值，由此確定了體系冷卻過(guò)程的基本弛豫過(guò)程。弛豫與結(jié)晶、非晶形成之間彼此密切相關(guān)，在非晶轉(zhuǎn)變過(guò)程中，原子通過(guò)平衡位置附近的擴(kuò)散重排達(dá)到最終的亞穩(wěn)態(tài)，液體動(dòng)力學(xué)發(fā)生停滯的β弛豫區(qū)對(duì)非晶的形成有重要的影響，在β弛豫區(qū)內(nèi)原子的運(yùn)動(dòng)受到短時(shí)局限，體系的不均勻