高压下空位浓度对金属铝弹性性质的影响

摘要

实际金属晶体的结构不同于理想晶体的结构，理想晶体的结构是原子完全按空间点阵有规则的排列。实际金属晶体的结构不可避免地存在各种各样的晶体缺陷。这些晶体缺陷对金属材料的性能会产生很大的影响。点缺陷是一类非常重要的晶体缺陷，它们的产生、运动与相互作用，以至于聚集或消失，都影响着金属晶体的基本性质。尤其在晶体的塑性与强度、扩散以及其它结构敏感性的问题中扮演了重要的角色，因而长期以来对金属晶体中点缺陷的研究引起了人们广泛的兴趣，并展开了各种理论与实验工作，其中分子动力学模拟由于它能够从原子尺度上细致地对晶体中缺陷的性质及运动规律进行直接描述，而得到较多应用。在已有的研究中，多为运用不同的相互作用势函数对单空位和空位对的形成能、激化能进行模拟计算。但是目前还没有不同压力下点缺陷对金属弹性性质定量影响的报道。 本论文运用分子动力学方法，采用嵌入原子模型(EAM)描述原子之间的相互作用势，在0-15GPa压强范围，对面心立方(FCC)结构金属铝中空位密度对其弹性性质的影响进行了计算模拟。为使缺陷可以在整个空间运动，采用了周期性边界条件。模拟均在0K温度下进行，对于温度的控制，采用的是Nosé-Hoover方法，对于应力的控制则采用了Parrinello-Rahman等压方法。主要工作为： 1、运用分子动力学方法对大小为32.404(A)×32.404(A)×32.404(A)，原子数为2048的系统从-15GPa到20GPa应力范围内的弹性系数进行了研究，得到了弹性系数随压强线性变化的关系。利用Murnagahan等温状态方程对压强和体积关系进行了拟合，得到铝在零压下的体模量。并将P-V/V。关系与相应压强范围内的实验数据比较，得到所采用的EAM相互作用势的可适用的压强范围。 2、对大小分别为24.303(A)×24.303(A)×24.303(A)，28.354(A)×28.354(A)×28.354(A)，32.404(A)×32.404(A)×32.404(A)，36.455(A)×36.455(A)×36.455(A)的四种晶胞中各拿走一个点阵上的原子形成空位时各体系在零温零压下的弹性系数进行模拟计算，得到金属铝的弹性系数随空位浓度的变化规律。 3、对大小为32.404(A)×32.404(A)×32.404(A)的晶胞中含一个空位的系统在0-15GPa应力范围的弹性系数进行了模拟，并与无空位时相同大小的晶胞的弹性系数进行比较，得到相同空位浓度下，压强对有缺陷晶体弹性性质的影响。

目录

文摘

英文文摘

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第一章引言

第二章模型方法

第三章压强对铝的弹性系数的影响

第四章高压下空位浓度对铝的弹性系数的影响

第五章总结与展望

参考文献

附录:研究生在校期间的科研成果

致谢