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体心立方过渡金属中空位形成与迁移的改进分析型嵌入原子法模拟

作　者: 文艳妮
导　师: 张建民
学　校: 陕西师范大学
专　业: 光学
关键词: 体心立方金属空位形成能迁移能改进分析型嵌入原子法
分类号: O483
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

空位是金属晶体中一种非常重要的点缺陷。当金属内部和表面存在空位时，直接影响金属的物理、化学和机械性能。在固体相变，裂缝形成与增长，位错和界面迁移过程中，原子扩散的主要机制是空位的迁移。许多表面现象，如扩散、表面粗糙和偏析、氧化、腐蚀和晶体生长等直接与其表面空位有关。因而长期以来对金属晶体中空位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。本文应用改进分析型嵌入原子法(MAEAM)结合计算机模拟计算了体心立方(BCC)过渡金属Fe、W、Mo、Cr、Ta、Nb和V中单空位的形成能，双空位和三空位结构的形成能和结合能，三个低指数表面最上层的单空位和空位吸附原子对的形成能以及以W(001)、W(110)和Fe(111)表面为代表的单空位在表面层上的形成能、迁移能和自扩散激活能。从能量最小化观点，对体内的双空位和三空位理想构型，表面空位吸附原子对的择优形成机制以及W(001)、W(110)和Fe(111)表面层上单空位的择优形成和迁移机制做了详细的讨论。结论如下：(1)体心立方过渡金属内，两个空位构成的第一最近邻(FN)和第二最近邻(SN)以及三个空位构成的两个第一最近邻和一个第二最近邻的[112]结构分别与其他双空位和三空位结构相比较是最为稳定的构型。所以得出体心立方金属内部存在空位聚集趋势。(2)单空位或空位吸附原子对形成能对于不同的金属是不同的，且每种金属三个低指数表面最上层的单空位和空位吸附原子对的形成能均按照面间距(原子面密度)增加的顺序(111)→(100)→(110)依次增加，即就是原子密度越大的表面对应的形成能越大；对于(111)表面负的单空位和空位吸附原子对形成能表明这些点缺陷可以自发的在(111)表面形成；对于每种金属的每个低指数表面，空位吸附原子对形成能均低于单空位形成能，所以，空位吸附原子对比单空位更容易形成。(3)对于W(001)、W(110)以及Fe(111)表面，空位在表面第一层很容易形成并进行层内迁移，这和实验所得的表面第一层空位聚集程度最高的结果相一致。对于其他表面层上的单空位，W(001)、W(110)和Fe(111)分别是前四层、前两层和前六层的单空位容易向上迁移，而W(001)第五和第六层容易向下迁移，第七层上的迁移和体内一致，W(110)第三层容易向下层迁移或者在层内迁移，第四层上迁移和体内一致，Fe(111)第七、第八和第九层容易向下迁移，第十层上迁移和体内一致。所以，对于体心立方过渡金属表面的单空位，由于受表面的影响，其迁移情况与体内是截然不同的。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-8
第一章绪论  8-13
  §1.1 引言  8
  §1.2 空位的产生与运动  8-10
  §1.3 空位的理论研究和实验方法  10-11
  §1.4 研究对象和内容  11-13
第二章理论基础  13-21
  §2.1 嵌入原子法计算模型  13-14
  §2.2 改进分析型嵌入原子法计算模型  14-17
  §2.3 MATLAB计算程序流程  17-21
第三章多空位的构型及能量计算  21-26
  §3.1 单空位  21-22
  §3.2 双空位  22-23
  §3.3 三空位  23-26
第四章表面第一层单空位和空位吸附原子对的能量计算  26-30
  §4.1 吸附原子位置的确定  26
  §4.2 能量计算  26-30
第五章 W(001)、W(110)和Fe(111)表面层单空位的形成和迁移  30-41
  §5.1 W(001)表面层  30-33
  §5.2 W(110)表面层  33-36
  §5.3 Fe(111)表面层  36-41
第六章总结  41-42
参考文献  42-47
致谢  47-48
攻读学位期间的研究  48

体心立方过渡金属中空位形成与迁移的改进分析型嵌入原子法模拟

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