體心立方過(guò)渡金屬點(diǎn)缺陷與刃位錯(cuò)的計(jì)算機(jī)模擬.pdf

1、金屬材料常以多晶形態(tài)存在，材料中或多或少的都存在一定濃度的點(diǎn)缺陷和位錯(cuò)。點(diǎn)缺陷導(dǎo)致材料電阻率、晶格體積和熱膨脹系數(shù)的增加。另外，點(diǎn)缺陷的擴(kuò)散是金屬中原子的輸運(yùn)或擴(kuò)散進(jìn)程的主要機(jī)制。線缺陷(位錯(cuò))的滑動(dòng)是引起材料塑性形變的主要原因，它直接影響著材料的強(qiáng)度、斷裂、擴(kuò)散與相變等過(guò)程，在半導(dǎo)體中則影響其電子性能。因此，對(duì)晶體中點(diǎn)缺陷和位錯(cuò)的研究一直是材料科學(xué)、冶金學(xué)、固體物理及固體化學(xué)研究的中心問(wèn)題，希望通過(guò)研究它們的特性，來(lái)改良材料性能或?yàn)椴?/p>

2、料設(shè)計(jì)提供理論指導(dǎo)。本文采用改進(jìn)分析型嵌入原子法(MAEAM)，以Mo、Fe為例從原子尺度對(duì)體心立方(BCC)過(guò)渡金屬中的α[100]刃型位錯(cuò)弛豫結(jié)構(gòu)進(jìn)行了計(jì)算機(jī)模擬，詳細(xì)分析了位錯(cuò)應(yīng)變能及其附近原子能量的分布規(guī)律，探討了刃型位錯(cuò)和點(diǎn)缺陷的交互作用。得到以下主要結(jié)論： (1)BCC金屬Fe和Mo中α[100]刃型位錯(cuò)弛豫后的中心結(jié)構(gòu)均有兩個(gè)主要特征：一是位錯(cuò)核芯區(qū)域較小，與BCC金屬通常的性質(zhì)相符；二是受張區(qū)域原子的馳豫位移較大

3、。詳細(xì)的坐標(biāo)分析發(fā)現(xiàn)，該弛豫結(jié)構(gòu)具有C<,2v>點(diǎn)群對(duì)稱性。這些結(jié)構(gòu)特征同時(shí)也反映在能量上，即在[100]方向，原子的能量分布也具有對(duì)稱性，同其結(jié)構(gòu)對(duì)稱性一致。當(dāng)離位錯(cuò)線的徑向距離R≥1.5b～2b時(shí)，計(jì)算的單位長(zhǎng)度位錯(cuò)線的應(yīng)變能E<,s>與ln(R/2b)成線性關(guān)系，由此確定的位錯(cuò)芯區(qū)半徑r<,c>在1.56～2b范圍內(nèi)，由線性擬合的截距確定的Fe和Mo的α[100]刃型位錯(cuò)芯區(qū)的畸變能E<,core>分別為7.356eV/nm和16

4、.334eV/nm。 (2)在考慮馳豫的情況下，研究了BCC金屬Fe中的α[100]刃型位錯(cuò)和點(diǎn)缺陷的交互作用，發(fā)現(xiàn)空位離位錯(cuò)線越近，空位形成能越低，尤其是當(dāng)空位與位錯(cuò)線間的距離小于兩個(gè)晶格常數(shù)時(shí)，空位形成能最低，說(shuō)明刃型位錯(cuò)具有捕獲空位的趨向。 (3)盡管彈性理論可用于計(jì)算遠(yuǎn)離位錯(cuò)畸變區(qū)域的彈性應(yīng)變能E<,e>，但無(wú)法確定位錯(cuò)畸變區(qū)的范圍r<,c>和能量E<,core>。本文采用的MAEAM模型能夠計(jì)算出整個(gè)位錯(cuò)區(qū)域內(nèi)