體心立方過渡金屬點缺陷與刃位錯的計算機模擬.pdf

1、金屬材料常以多晶形態(tài)存在，材料中或多或少的都存在一定濃度的點缺陷和位錯。點缺陷導(dǎo)致材料電阻率、晶格體積和熱膨脹系數(shù)的增加。另外，點缺陷的擴散是金屬中原子的輸運或擴散進(jìn)程的主要機制。線缺陷(位錯)的滑動是引起材料塑性形變的主要原因，它直接影響著材料的強度、斷裂、擴散與相變等過程，在半導(dǎo)體中則影響其電子性能。因此，對晶體中點缺陷和位錯的研究一直是材料科學(xué)、冶金學(xué)、固體物理及固體化學(xué)研究的中心問題，希望通過研究它們的特性，來改良材料性能或為材

2、料設(shè)計提供理論指導(dǎo)。本文采用改進(jìn)分析型嵌入原子法(MAEAM)，以Mo、Fe為例從原子尺度對體心立方(BCC)過渡金屬中的α[100]刃型位錯弛豫結(jié)構(gòu)進(jìn)行了計算機模擬，詳細(xì)分析了位錯應(yīng)變能及其附近原子能量的分布規(guī)律，探討了刃型位錯和點缺陷的交互作用。得到以下主要結(jié)論： (1)BCC金屬Fe和Mo中α[100]刃型位錯弛豫后的中心結(jié)構(gòu)均有兩個主要特征：一是位錯核芯區(qū)域較小，與BCC金屬通常的性質(zhì)相符；二是受張區(qū)域原子的馳豫位移較大

3、。詳細(xì)的坐標(biāo)分析發(fā)現(xiàn)，該弛豫結(jié)構(gòu)具有C<,2v>點群對稱性。這些結(jié)構(gòu)特征同時也反映在能量上，即在[100]方向，原子的能量分布也具有對稱性，同其結(jié)構(gòu)對稱性一致。當(dāng)離位錯線的徑向距離R≥1.5b～2b時，計算的單位長度位錯線的應(yīng)變能E<,s>與ln(R/2b)成線性關(guān)系，由此確定的位錯芯區(qū)半徑r<,c>在1.56～2b范圍內(nèi)，由線性擬合的截距確定的Fe和Mo的α[100]刃型位錯芯區(qū)的畸變能E<,core>分別為7.356eV/nm和16

4、.334eV/nm。 (2)在考慮馳豫的情況下，研究了BCC金屬Fe中的α[100]刃型位錯和點缺陷的交互作用，發(fā)現(xiàn)空位離位錯線越近，空位形成能越低，尤其是當(dāng)空位與位錯線間的距離小于兩個晶格常數(shù)時，空位形成能最低，說明刃型位錯具有捕獲空位的趨向。 (3)盡管彈性理論可用于計算遠(yuǎn)離位錯畸變區(qū)域的彈性應(yīng)變能E<,e>，但無法確定位錯畸變區(qū)的范圍r<,c>和能量E<,core>。本文采用的MAEAM模型能夠計算出整個位錯區(qū)域內(nèi)