AlN-TiN體系的修正嵌入原子相互作用勢函數(shù)的研究.pdf

1、超硬納米多層膜具有優(yōu)良力學性能和可設(shè)計性，是最富前景的刀具涂層材料之一，倍受關(guān)注。但目前我們對超硬納米多層膜致硬機理尚不清楚，這嚴重約束了這一領(lǐng)域的進一步發(fā)展，所以，將此作為研究課題不但具有重要的科學價值，同時也具有很高的實際應用價值。
　　從理論上研究涂層材料的性質(zhì)的有效手段之一是分子動力學模擬，而進行分子動力學模擬的重要前提就是要知道原子間的相互作用勢。目前應用最廣泛的是基于密度泛函理論發(fā)展起來的嵌入原子勢（EAM），它在金屬

2、及合金體系性質(zhì)模擬上取得了巨大的成功，但對于化合物，尤其是共價化合物存在較大的局限性。因此，Baskes等人提出了修正的嵌入原子勢（MEAM），使EAM勢的應用得到了進一步的擴展。到目前為止，大多數(shù)單元體系的MEAM勢都已被確定，但化合物的MEAM勢卻只有少數(shù)被研究過。本文將AlN/TiN多層膜（一種可能的超硬納米多層膜）為研究對象，確定這個體系中的原子間的MEAM勢，為進一步的分子動力學研究奠定基礎(chǔ)。
　　在AlN單層膜內(nèi)部，涉

3、及Al-Al、N-N、Al-N原子間的相互作用；在TiN單層膜內(nèi)部，涉及Ti-Ti、N-N、Ti-N原子間的相互作用；在AlN與TiN兩層的界面處，除了前面列出的幾種相互作用勢外，還涉及Al-Ti原子之間的相互作用，其中Al-Al、N-N、Ti-Ti原子間的MEAM勢已經(jīng)被確定的，Ti-N的MEAM勢也已被研究過，因此，本文的研究重點是確定Al-N和Al-Ti之間的MEAM勢?；镜乃悸肥牵簩⒍w系的彈性常數(shù)的實驗值（或第一性原理計算

4、值）作為確定MEAM勢參數(shù)的目標函數(shù)，優(yōu)化各個勢參數(shù)（共17個，其中有5個是已知的輸入?yún)?shù)，待定的是12個），然后用優(yōu)化了的勢參數(shù)計算體系的其他的物理性質(zhì)進行驗證。最后在得到的各相關(guān)二元體系的MEAM勢基礎(chǔ)上，得出三元體系的MEAM勢。
　　主要的研究內(nèi)容及結(jié)果如下：
　　1)作為對研究方法的驗證，本文對于TiN體系的MEAM勢也進行了研究。將NaCl結(jié)構(gòu)的TiN（B1-TiN）的彈性常數(shù)作為目標函數(shù)，優(yōu)化得到了適用于TiN

5、體系的12個待定勢參數(shù)。采用優(yōu)化了的勢參數(shù)，計算了CSCl結(jié)構(gòu)的TiN（B2-TiN）的彈性常數(shù)，除C12差別稍大外，得到的結(jié)果與實驗值和第一性原理計算結(jié)果符合較好；
　　2)將B1-AlN的彈性常數(shù)作為目標函數(shù)，優(yōu)化得到了適用于AlN體系的12個待定勢參數(shù)。采用優(yōu)化了的勢參數(shù)，計算了閃鋅礦結(jié)構(gòu)的AlN(B3-AlN)的彈性常數(shù)，除了C44差別比較大外，其它彈性系數(shù)與實驗值和第一性原理計算結(jié)果符合較好；
　　3)將B2-Al