Структура и структурная релаксация металлических стекол Fe и Fe83 M17 (M: C, B, P)по данным компьютерного эксперимента

• Автор: Евтеев, Александр Викторович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 144 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ
у
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ АМОРФНЫХ
МЕТАЛЛОВ (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ)
1.1. Компьютерный эксперимент
1.2. Методы моделирования
1.2.1. Метод молекулярной динамики
1.2.2. Метод статической релаксации
1.2.3. Метод Монте-Карло
1.3. Потенциалы парного взаимодействия
1.3.1. Стандартные формальные модельные потенциалы
1.3.2. Эмпирические неравновесные короткодействующие потенциалы
1.3.3. Метод псевдопотенциала
1.3.4. Модель погруженного атома
1.4. Статические модели структуры аморфных металлов
1.4.1. Модель случайной плотной упаковки
1.4.2. Модель последовательных присоединений
1.4.3. Модель Полка
1.4.4. Модель Гаскелла
1.4.5. Модель Уонга
1.5. Релаксированные модели структуры аморфных металлов
1.5.1. Статически релаксированные модели
1.5.2. Молекулярно-динамические модели
1.6. Постановка задач
Глава 2. МЕТОДИКА КОМПЬЮТЕРНОГО ЭКСПЕРИМЕНТА
2.1. Моделируемые системы

2.2. Расчетные схемы
2.2.1. Алгоритм расчета сил
2:2.2. Алгоритм метода молекулярной динамики
2.2.3. Алгоритм метода статической релаксации
2.3. Расчет основных характеристик моделей
2.3.1. Измерение термодинамических величин
2.3.2. Структурные функции
2.3.3. Многогранники Вороного
2.3.4. Угловые корреляционные функции
2.3.5. Автокорреляционная функция скоростей и фононный спектр
Глава 3. МОДЕЛИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ
СТЕКОЛ Бе И Ге83Мі7 (М: С, В, Р)
3.1. Моделирование расплавов
3.2. Моделирование аморфного состояния
Глава 4. МОДЕЛИРОВАНИЕ СТРУКТУРНОЙ РЕЛАКСАЦИИ
МЕТАЛЛИЧЕСКИХ СТЕКОЛ Ге И Бе8зМ17 (М: С, В, Р)
4.1. Влияние структурной релаксации на ближнее упорядочение модельных металлических стекол
4.2. Кинетика структурной релаксации
4.3. Динамика формирования структуры и термодинамические свойства аморфного железа при изохорическом охлаждении
из жидкой фазы
4.3.1. Моделирование расплава железа
4.3.2. Моделирование аморфизации железа
4.3.3. Исследование термодинамических свойств моделей жидкого и аморфного железа
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. В настоящее время разработка новых перспективных аморфных металлических материалов, изучение их структуры и свойств относится к одному из приоритетных направлений физики твердого тела. Специфическая атомная структура аморфных металлов, которая характеризуется ближним порядком и отсутствием трансляционной симметрии, обеспечивает уникальный комплекс их физико-химических свойств, что открывает широкие возможности практического использования этих материалов в устройствах новой техники.
Аморфные сплавы на основе железа являются перспективными прежде всего по технико-экономическим показателям. Так, относительно легко стеклующиеся в области эвтектических составов сплавы Ре-В, Ре-Р обладают рядом уникальных магнитных, механических и др. свойств. К тому же аморфное железо как в чистом виде, так и в соединениях с бором и фосфором относится к наиболее экспериментально изученным материалам. В то же время известно, что в системе Ре-С аморфизация в лабораторных условиях затруднена. Однако замена части атомов углерода на атомы бора или фосфора кардинально меняет ситуацию - тройные Ре-В-С и Ре-Р-С, также как бинарные сплавы Ре-В, Ре-Р, легко стеклуются. Пока в литературе нет физически разумного объяснения этим фактам. Природа этих явлений, по-видимому, кроется в локальной структуре и ее эволюции в процессе структурной релаксации.
Дифракционные структурные методы исследования позволяют получать данные для неупорядоченных систем только в виде усредненных характеристик - структурного фактора (СФ) и парной функции радиального распределения атомов (ПФРРА). Существенный прогресс в описании структуры аморфных металлов был достигнут с развитием вычислительной техники, позволившей перейти к непосредственному моделированию систем, состоящих

этом предполагалось, что на атомы, находящиеся вблизи поверхности кла-

стера, действуют силы со стороны окружающей среды, определяемые по суммарному изменению объема кластера согласно модели Эшелби [61] для включения в упругоизотропной среде. В этих работах показано, что предло-женная разновидность статической релаксации приводит к более однородной атомной конфигурации, чем традиционные алгоритмы. Было также проанализировано и влияние выбора парного потенциала на свойства получаемой модели.
Авторы [62, 63] предложили метод компьютерного построения структур аморфных металлов, в котором вообще не используется понятие жестких сфер. Каждому атому с самого начала приписывался некий потенциал, причем первый атом помещался в начало координат, а второй - в положение минимума потенциала первого атома. Начиная с третьего, каждый добавляемый атом окружался сферой радиусом Явз, величина которого определяется из условия ф(11вз)=0. Отбирались все атомы, попадающие внутрь этой сферы, а добавляемый атом помещался в минимум суммарного потенциала отобранных. Смоделированная исходная структура затем релаксировалась по энергии с помощью процедуры прямой безградиентной минимизации методом нелинейного симплекса. Для отрелаксированного кластера рассчитывались все структурно-чувствительные статистические, и механические характеристики. С использованием этой методики в работах [62, 63] были смоделированы аморфные структуры железа и меди с потенциалами взаимодействия Морзе (Бе, Си), Джонсона (Бе), Баллоу (Си) и осциллирующего (Бе, Си) полученного из экспериментальных данных по соответствующим расплавам. Исследовано влияние формы потенциала взаимодействия на структуру и свойства модельных кластеров. В соответствии с оценками, полученными в этих работах, форма потенциала взаимодействия определяет прежде всего поведение ради-