系統(tǒng)合金科學(xué)在Au-Cu合金系中的應(yīng)用.pdf

1、在合金理論發(fā)展的歷史進(jìn)程中，Au—Cu合金系始終是首選的經(jīng)典的研究對象，晶體學(xué)家將其作為合金相晶體結(jié)構(gòu)的研究范例，理論物理學(xué)家將它作為合金相電子結(jié)構(gòu)和有序——無序轉(zhuǎn)變的研究范例，熱化學(xué)家將它作為合金系相圖評估和相圖理論計算的研究范例。
　　 本文應(yīng)用系統(tǒng)合金科學(xué)，選擇經(jīng)典的Au—Cu合金系作為研究對象，在系統(tǒng)研究純金屬Cu、Au基礎(chǔ)上，從合金相的原子結(jié)構(gòu)層次和原子的電子結(jié)構(gòu)層次兩個層次研究了Au—Cu合金系，確定了合金、組元的能

2、量性質(zhì)、體積性質(zhì)、電子結(jié)構(gòu)。研究獲得了若干創(chuàng)新性成果，豐富了系統(tǒng)合金科學(xué)的內(nèi)容，為研究合金相有序——無序轉(zhuǎn)變、相圖計算和材料設(shè)計提供了基礎(chǔ)資料。
　　 應(yīng)用系統(tǒng)合金科學(xué)中的純金屬理論，研究了純金屬Cu和Au的電子結(jié)構(gòu)、熱膨脹系數(shù)、單鍵半徑、晶格常數(shù)、比熱、內(nèi)能、焓、熵、Gibbs自由能、結(jié)合能等性質(zhì)，計算結(jié)果與實驗值符合良好。
　　 由“部分獲得整體”，是系統(tǒng)合金科學(xué)中最具特色的方法、最有實用價值的技術(shù)，正確選擇能量和體

3、積相互作用方程是系統(tǒng)合金科學(xué)的首要任務(wù)。本文分別以Au—Cu合金系少量無序合金生成熱、生成體積實驗值為基礎(chǔ)和少量化合物的生成熱、生成體積實驗值為基礎(chǔ)的兩條研究路線，分別得到合金系中載有特征原子能量性質(zhì)、體積性質(zhì)、狀態(tài)性質(zhì)的特征原子序列，隨后應(yīng)用純金屬理論，確定特征晶體的價電子結(jié)構(gòu)、結(jié)合能、單鍵半徑、晶格常數(shù)等信息，這些信息是合金設(shè)計和合金相性質(zhì)計算、有序——無序轉(zhuǎn)變研究以及相圖計算的前提。在此基礎(chǔ)上，采用雙向應(yīng)證的方法，獲得了有價值的成

4、果：確定了能量相互作用方程為第5方程，體積相互作用方程為第6方程；發(fā)現(xiàn)了以往實驗測量用的無序合金不是完全無序合金，而是具有較大的短程有序度；解釋了Au—Cu合金無序化時體積膨脹的原因在于特征原子的體積變化，本質(zhì)在于隨著近鄰Au原子數(shù)的增加，AiCu的價電子結(jié)構(gòu)中共價電子增加較少，自由電子增加顯著，導(dǎo)致單鍵半徑增加，viCu增加；證明了偏摩爾性質(zhì)不能真實描述組元的平均性質(zhì)。
　　 應(yīng)用特征晶體性質(zhì)相加定律，分別以無序合金和化合物確

5、定的兩組特征晶體序列的性質(zhì)為基礎(chǔ)，研究了Au—Cu合金系的無序合金、有序合金和化合物的能量性質(zhì)、體積性質(zhì)和電子結(jié)構(gòu)。兩條研究路線的研究結(jié)論相同：從純金屬生成無序合金、有序合金和化合物都放出熱量，從無序→有序轉(zhuǎn)變是放熱反應(yīng)；從純金屬生成無序合金、有序合金和化合物體積都膨脹，相對于Zen定律和Vegard定律是正偏差，從無序→有序轉(zhuǎn)變體積縮??；隨著有序度的增加，有序合金的生成熱越小，結(jié)合能增加，有序合金平均原子體積、晶格常數(shù)減小。這也證明了

6、系統(tǒng)合金科學(xué)可以從“不同部分獲得整體信息”。
　　 本文創(chuàng)建了合金相結(jié)構(gòu)新的描述方法——晶體特征原子排列結(jié)構(gòu)，它既反映了合金相特征原子的空間排布，又賦有能量、體積和狀態(tài)信息。本文根據(jù)Johannsson—Linde提出的AuCuⅡ的長周期反相疇“界面”結(jié)構(gòu)模型和Guymont等提出的長周期反相疇“界區(qū)”統(tǒng)計結(jié)構(gòu)模型，繪出了對應(yīng)的晶體特征原子排列結(jié)構(gòu)，分別計算了AuCuⅠ、AuCuⅡ和反相界區(qū)(面)的生成熱、生成體積、有序度以及A