本文關(guān)鍵詞：兩種表征液態(tài)金屬快凝微結(jié)構(gòu)方法的比較

  更多相關(guān)文章： 金屬玻璃 分子動力學(xué) 微結(jié)構(gòu)表征 原子團類型指數(shù)法 Voronoi多面體指數(shù)法

【摘要】：金屬玻璃是一種具有金屬、玻璃、固體及液體特性的新型金屬材料。它有優(yōu)良的力學(xué)、化學(xué)、物理特性,在許多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。由于材料的性能決定于其內(nèi)在的局域原子結(jié)構(gòu),因此,澄清金屬玻璃的微觀結(jié)構(gòu)與其宏觀屬性的內(nèi)在關(guān)系是理解金屬玻璃性能的關(guān)鍵。與晶態(tài)材料相比,金屬玻璃的微觀結(jié)構(gòu)具有長程無序和短程有序的特點,因此,要深入理解金屬玻璃的各種性能,其前提是要采用合適的微結(jié)構(gòu)表征方法來描述其局域原子結(jié)構(gòu)。為此,本文對金屬銀的快速凝固過程進(jìn)行了分子動力學(xué)(MD)模擬,系統(tǒng)分析比較了VPIM和CTIM兩種方法在表征基本團簇方面的關(guān)聯(lián)與差異,并討論了這兩種表征方法在進(jìn)行微結(jié)構(gòu)表征時各自的優(yōu)缺點。本文具體開展了如下工作：(1)采用MD模擬了液態(tài)金屬銀的快凝過程,結(jié)合原子平均能量隨溫度的變化趨勢和雙體分布函數(shù),結(jié)果表明：在冷卻速率為5×1013K/s和5×1011K/s下的玻璃轉(zhuǎn)變溫度和結(jié)晶溫度分別為757K和726K。通過H-A鍵對分析發(fā)現(xiàn)：在冷速β=5×1013K/s下,體系形成以1551、1541、1431為主體的特征H-A鍵型；在冷速β=5×1011K/s下,體系得到以1421、1422為主體的特征H-A鍵型。采用VPIM和CTIM表征時發(fā)現(xiàn)：在非晶體系中,由VPIM和CTIM表征的規(guī)則二十面體的比例均非常小,而缺陷和變形二十面體的比例比較大；在晶體體系時,CTIM不但能夠精確地區(qū)分出面心立方(fee)和六角密堆(hcp)團簇。VPIM無法區(qū)分fcc與hcp團簇。此外,在晶態(tài)和非晶態(tài)兩種體系中,由CTIM表征的團簇類型比VPIM表征的多,大量的團簇類型雖然有助于研究微觀結(jié)構(gòu)的演化規(guī)律,但不利于體系的團簇類型統(tǒng)計和結(jié)構(gòu)分析。(2)采用原子編號(ID)跟蹤方法發(fā)現(xiàn)：CTIM團簇與VP團簇存在交叉對應(yīng)關(guān)系。配位數(shù)為Z的VP團簇有可能對應(yīng)配位數(shù)為(Z+I)甚至(Z+2)的CTIM團簇。VPIM的超微表面近似化處理,有可能導(dǎo)致團簇類型的誤判。采用去超短邊的處理的VPIM,可有效消除組態(tài)原子的熱振動,提升典型團簇的類型識別度�？傊�,在表征團簇結(jié)構(gòu)方面,CTIM較之VPIM,能更準(zhǔn)確地表征不同局域結(jié)構(gòu)環(huán)境下原子的團簇屬性,尤其有利于區(qū)分fcc與hcp這兩種不同的原子密堆積模式,以及在非晶或準(zhǔn)晶中尋找含五次對稱元素的二十面體原子團。但是,在結(jié)構(gòu)表征以及確定體系的特征團簇類型方面,較之VPIM, CTIM團簇的多種類及高分散度,對大尺寸模擬體系表征時,是一個明顯的不利因素。
【關(guān)鍵詞】：金屬玻璃 分子動力學(xué) 微結(jié)構(gòu)表征 原子團類型指數(shù)法 Voronoi多面體指數(shù)法
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG139.8
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-20
• 1.1 引言10
• 1.2 液態(tài)金屬和非晶合金固體的結(jié)構(gòu)特征10
• 1.3 液態(tài)金屬和非晶合金的結(jié)構(gòu)模型10-12
• 1.3.1 微晶結(jié)構(gòu)11
• 1.3.2 無規(guī)密堆硬球模型11
• 1.3.3 團簇密堆模型11-12
• 1.3.4 連續(xù)無規(guī)網(wǎng)絡(luò)模型12
• 1.4 快凝過程的計算模擬應(yīng)用12-13
• 1.5 非晶合金的微結(jié)構(gòu)分析方法發(fā)展現(xiàn)狀13-19
• 1.5.1 雙體分布函數(shù)15-16
• 1.5.2 H-A鍵型指數(shù)法16-17
• 1.5.3 角分布函數(shù)17-18
• 1.5.4 原子團類型指數(shù)法18
• 1.5.5 Voronoi多面體指數(shù)法18-19
• 1.6 本文研究目的及主要內(nèi)容19-20
• 第二章 分子動力學(xué)模擬及微結(jié)構(gòu)表征分析20-31
• 2.1 分子動力學(xué)模擬方法20-24
• 2.1.1 分子動力學(xué)的基本原理20-21
• 2.1.2 初始條件21-22
• 2.1.3 周期性邊界條件22-23
• 2.1.4 勢函數(shù)23-24
• 2.1.5 等溫等壓系綜24
• 2.1.6 LAMMPS程序24
• 2.2 微結(jié)構(gòu)表征方法24-31
• 2.2.1 原子團類型指數(shù)法24-27
• 2.2.2 Voronoi多面體27-31
• 第三章 液態(tài)金屬銀凝固過程的微結(jié)構(gòu)表征31-53
• 3.1 前言31
• 3.2 金屬凝固過程的MD模擬31-32
• 3.3 結(jié)果分析與討論32-52
• 3.3.1 系統(tǒng)能量32
• 3.3.2 金屬銀的雙體分布函數(shù)32-33
• 3.3.3 H-A鍵對分析33-35
• 3.3.4 局域原子結(jié)構(gòu)的表征35-52
• 3.3.4.1 熔體與快凝固體的VPIM表征35-43
• 3.3.4.2 熔體與快凝固體的CTIM表征43-49
• 3.3.4.3 VPIM和CTIM表征的團簇類型數(shù)目比較49-52
• 3.4 本章小結(jié)52-53
• 第四章 VPIM團簇與CTIM團簇的比較53-66
• 4.1 前言53
• 4.2 VPIM團簇與CTIM團簇的對應(yīng)關(guān)系53-57
• 4.3 VP團簇與CTIM團簇的配位分布57-58
• 4.4 VPIM與CTIM在團簇表征上的關(guān)聯(lián)與差異58-65
• 4.4.1 H-A鍵型與VP表面間的關(guān)系58-60
• 4.4.2 VP面形狀對團簇類型的影響60-61
• 4.4.3 VPIM參數(shù)修正引起的原子配位數(shù)改變61-62
• 4.4.4 ICO團簇與類ICO團簇的構(gòu)型關(guān)聯(lián)性62-63
• 4.4.5 CTIM與VPIM標(biāo)定團簇間的關(guān)聯(lián)與區(qū)別63-65
• 4.5 本章小結(jié)65-66
• 結(jié)論66-67
• 參考文獻(xiàn)67-73
• 致謝73-74
• 附錄A 攻讀學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄74

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本文編號：869174