Перестройка атомной структуры расплавов железа и палладия в процессе стеклования

• Автор: Вахмин, Сергей Юрьевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 133 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АМОРФНЫЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ СПЛАВЫ (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ)

1.1 Получение аморфного состояния

1.1.1. Методы получения аморфных сплавов

1.1.2. Условия получения аморфного состояния

1.2. Характеристики аморфных сплавов

1.3 Строение аморфных материалов

1.3.1. Случайная плотная упаковка

1.3.2 Модель последовательных присоединений

1.3.3 Модель Полка
1.3.4. Модели определенной локальной координации атомов
1.4 Релаксированные модели структуры аморфных тел
1.4.1. Статически релаксированные модели
1.4.2. Молекулярно-динамические модели
1.5 Постановка задачи
ГЛАВА 2. МЕТОДИКА КОМПЬЮТЕРНОГО ЭКСПЕРИМЕНТА
2.1 Межатомное взаимодействие
2.2 Расчетные схемы
2.2.1 Алгоритм метода молекулярной динамики
2.2.2 Алгоритм метода статической релаксации
2.3 Метод погруженного атома
2.4 Расчет основных характеристик моделей
2.4.1 Измерение термодинамических величин
2.4.2 Структурные функции
2.4.3 Многогранники Вороного
2.5 Периодические граничные условия

ГЛАВА 3. КЛАСТЕРНАЯ МОДЕЛЬ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО СТЕКЛА
ЖЕЛЕЗА
3.1 Закалка модели железа из расплава
3.2 Икосаэдрические нанокластеры
3.3 Кристаллические нанокластеры
3.3 Окружение икосаэдрических кластеров
3.4 Стабильность икосаэдрической структуры
3.4.1 Стабильность икосаэдрических нанокластеров в процессе закалки
3.4.2 Стабильность икосаэдра как координационного многогранника
3.4.3 Стабильность икосаэдрической структуры в изотермических условиях
3.4.4 Стабильность икосаэдрических нанокластеров в изотермических
условиях
ГЛАВА 4. КЛАСТЕРНАЯ МОДЕЛЬ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО СТЕКЛА
ПАЛЛАДИЯ
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
ЦИТИРУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Вопросы организации атомной структуры расплавов и полученных в результате их закалки металлических стекол (МС) в одинаковой степени сложные и не решенные до сих пор задачи физики неупорядоченных систем. Обнаруженная икосаэдрическая симметрия в расположении атомов расплавов некоторых металлов (РЬ[1], №, Бе, Zr[2], Со[3], Си[4-5]), а также МС, полученных в процессе закалки расплавов, тенденция к росту числа атомов, задействованных в построении некристаллографических локальных атомных конфигураций в процессе закалки, не раскрывают природу тех фундаментальных закономерностей, которые лежат в основе таких перестроек. Стеклование, как процесс формирования при закалке перколяционного кластера из взаимопроникающих и контактирующих между собой несовместимых с трансляционной симметрией икосаэдров был впервые продемонстрирован методом компьютерного моделирования на чистом железе [6-7], затем на сплавах Ag-Ni [8-9]. Плотноупакованный перколяционный кластер, в построении --.которого задействовано 55% для Бе атомов системы, выполняет функцию сдерживающего кристаллизацию жесткого, пронизывающего всю структуру каркаса. Перколяционный кластер имеет фрактальную геометрию, а его составляющие - политетраэдрические нанокластеры - представляют собой одномерные разветвляющиеся цепочки взаимопроникающих икосаэдров. Атомы, не задействованные в построении перколяционного кластера, образуют более рыхлую структуру без каких-либо признаков упорядочения.
Присутствие в структуре кластеров, упорядоченных по принципу политетраэдрической укладки атомов, обеспечивает “средний” порядок в системе. Процесс формирования нанокластеров подобно процессу кристаллизации, сопровождается понижением потенциальной энергии системы и уменьшением ее объема, что указывает на признаки фазового перехода. В то же время процесс формирования перколяционного кластера из несовместимых

ф{г) = £>ехр[- 2а(г - г0)]-2£>ехр[- а(г - г0)] (1.4)
и Леннарда- Джонса
т т | т
п—т и п-т' ч Г ;
Первый из них содержит два подгоняемых параметра (А, а), второй - три (Б, г0,
а), а третий - четыре (е, г о, п, т). В работе [66] предложены различные параметры потенциала Борна-Майера практически для всех элементов. Жирифалько и Вейцер [65] вычислили параметры потенциала Морзе для металлов с кубическими решётками. Параметры потенциала Леннарда-Джонса для большинства металлов, обладающих ОЦК, ГЦК и ГПУ -решётками, приведены в работе [68].
В работе [69] предложена модель погруженного атома, как новый подход к описанию взаимодействия атомов в металлических системах. Его суть состоит в том, что плотность электронов в металле может быть представлена как суперпозиция электронных плотностей отдельных атомов. Электронная плотность в окрестности атома определяется электронной плотностью этого атома с учетом электронной плотности других атомов. Следовательно, можно считать, что каждый атом погружен в электронную систему окружающих атомов. Энергия взаимодействия между атомами складывается из энергии "погружения" иона в "фоновую" электронную плотность соседних атомов и энергии электростатического отталкивания ионов.
1.4.1. Статически релаксированные модели
Хаймендаль [70] провел статическую релаксацию для 888 внутренних атомов модели Беннета из 3999 атомов [37]. Релаксация проводилась в два этапа: на первом этапе был использован потенциал Леннарда-Джонса, на