Al-Cu合金中点缺陷能量特征模型研究(3)

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Al-Cu合金中常见Cu原子与Al原子之间的相互作用。

2）获得Al-Cu合金中点缺陷的空间结构特征，实现对不同点缺陷的构型构建。获取合金中点缺陷如空位、自间隙原子，以及小空位团簇和自间隙原子团簇的能量特征数据，编写简单的相关数据分析处理程序。

3）根据已经构建的常见点缺陷的空间模型，利用上述势函数和能量特征数据计算其特征能量。

4）对获取的能量进行拟合，得到原子对的能量并用之阐述合金中的点缺陷跃迁特性。

1.4 课题研究目的

最初，提出点缺陷理论是为了研究离子晶体的导电性。近年来，越来越多的关于晶体的理论级实验研究中都可以见到点缺陷概念的身影。作为物质传输最重要的介质，点缺陷引发了相当数量的弛豫现象。经由交互作用，点缺陷还可产生复合缺陷等现象。由此，点缺陷影响这许多晶体性质，这些性质进一步可导致其结构敏感。所以研究点缺陷对于改善合金各项机械性能起着至关重要的作用。

本文研究的目的在于，借助势函数建立点缺陷能量模型，把势函数模型转化为更适合动力学蒙特卡罗模拟的键对能模型，并通过本研究更好地了解Al-Cu合金中的跃迁能量特性和扩散机制。

2 势函数

固液两种材料的各项性能从本质上来说，受其中原子间相互作用影响甚巨。出于表征这种原子间相互作用的目的，势函数逐渐发展起来，其本质就是关于相互作用势能量的一种函数。

由于气体分子或原子间距离相对于固体和液体中的分子或原子要大的多，故而多数时间里，它们处于一种孤立状态，不是像固体和液体中的原子不断的相互撞击或者频繁撞击容器壁，而是在一瞬间发生碰撞，随即又分开，进入孤立状态。这种碰撞是物质能够以凝聚态存在的重要基础。发展原子间相互作用势的主要用途就是最接近事实的去描述该状态，从而可以应用到系统能量计算中去。关于离子键和共价键材料的势函数发展一日千里，其成就已令科学界为之侧目。可以说，原子计算模型的研究从计算机诞生的那天起就已经进入了高速发展的轨道。

G.Mie早在1903年，就已经着手探索两个原子间的相互作用势。他指出，势函数应由两项构成，一项为原子间的相互作用，另一项为原子间的吸引作用。使用势函数探究材料性质这一理念是从1912年的Born和Von Karman的工作中开始逐渐成熟起来的，而1942年才开始有人针对原子间相互作用势作原子级模拟研究。其后，随着计算机的迅速发展及其在科学领域中越来越广泛的应用，在上个世纪五六十年代。原子层次的计算机模拟首次出现。而这种模拟的关键在于如何正确的确定原子间相互作用势的形式。人们开始向这一问题投入大量的人力物力。求解系统总能量关于其中一个原子的坐标的函数形式是解决物理化学等领域中许多难题的不二法门。具体而言，这种方法就是确定一个原子间相互作用势函数V（r），它是系统的总能量关于粒子坐标r的函数形式。

2.1 EAM势函数论文网

以往研究者们总是用对势函数模型来模拟金属的能量性质，但是该模型有一个明显缺点——在实际金属中并不存在所谓的Cauchy关系，即C12=C44，并且在建立势函数模型时，如果没有考虑表面力的因素就直接采用Cauchy关系，就会出现空位形成能与原子的内聚杨大小一致的矛盾。如果将势函数运用到金属空位、空位团或断裂、特别的表面力研究中去，就会出现模拟结论与实验事实不符的现象。然而，如果将金属内聚能添加到某些一般模型中去，就可以很有效的避免这一现象的发生。