异质铝铅固液界面的分子动力学研究

发布时间：2022-02-24 11:07

　　固液界面广泛存在于高品质合金、芯片、新能源器件等国家重点需求产品的制造过程中,是相关领域的核心研究对象之一。例如,合金固液界面的热力学性质和结构信息是理解冶金制造中诸多重要物理过程（形核、晶粒生长、夹杂物输运等）的关键因素。随着电子显微技术、理论与计算模拟技术的快速发展,越来越多物质界面内的结构相变（预熔化等）和面内多相共存（晶界内complexion肤色相等）被陆续发现。目前还缺乏一套完整的热力学理论来解释这类界面新奇结构物相。为了构建这套热力学理论,除了需要掌握微观结构信息外,还需要一组完备的描述界面物相的热力学量。当前最先进的实验手段也无法提供界面内部完整原子结构信息,更难以直接测量局域压强等关键热力学量。基于原子模拟技术的研究方法有潜力在探索界面关键热力学量等方面发挥作用,但相关研究很少瞄准构建热力学理论所需的核心热力学量开展。因此,结构相变和面内多相共存的物质界面的基础研究仍处于数据不完整、理论缺失的状态。本文以铝铅固液界面这一具有代表性的异质合金固液界面系统为研究对象,开发了一套“模拟-分析表征-计算”一体化的基于分子动力学模拟技术的研究方法,对铝铅合金异质固液界面实现了精... 

【文章来源】：华东师范大学上海市211工程院校985工程院校教育部直属院校

【文章页数】：147 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
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第一章 绪论
    1.1 固液界面概述
    1.2 界面层内热力学信息发展
    1.3 本文主要内容与意义
第二章 界面热力学相关理论
    2.1 毛细波涨落理论
        2.1.1 界面自由能
        2.1.2 经典三维毛细波涨落理论
        2.1.3 低维度毛细波涨落理论
    2.2 预熔化现象
        2.2.1 预熔化研究进展
        2.2.2 预熔化理论介绍
第三章 方法
    3.1 分子模拟技术
        3.1.1 分子动力学
        3.1.2 LAMMPS计算软件与并行化技术
        3.1.3 固液两相平衡的分子模拟技术
    3.2 固液界面结构与热力学性质表征方法
        3.2.1 结构序参量
        3.2.2 局域压强计算方法
    3.3 自主开发的并行化固液界面本征分析技术
        3.3.1 LAMMPS开源程序结构.
        3.3.2 结构序参量计算LAMMPS实现
        3.3.3 局域压强计算LAMMPS实现
第四章 异质铝铅固液界面的界面应力计算研究
    4.1 引言
    4.2 方法
        4.2.1 模拟细节
        4.2.2 计算界面物理量分布
        4.2.3 块体浓度和界面过剩量
    4.3 结果
        4.3.1 平衡态下密度和浓度与温度的函数关系
        4.3.2 压强分量、应力以及界面过剩应力
        4.3.3 层内压强
    4.4 小结
第五章 异质铝铅固液界面台阶自由能的计算研究
    5.1 引言
    5.2 方法
        5.2.1 铝(Al)-铅(Pb)系统.
        5.2.2 周期内单台阶建立方法
        5.2.3 模拟方法细节
        5.2.4 确定界面层和台阶边界以及振动谱计算
    5.3 计算结果
        5.3.1 台阶各向异性测量
        5.3.2 台阶涨落
        5.3.3 台阶自由能
    5.4 小结
第六章 异质铝铅固液界面界面层结构研究
    6.1 引言
    6.2 分析方法
    6.3 面内结构
    6.4 小结
第七章 台阶边缘无序化团簇研究
    7.1 引言
    7.2 方法
        7.2.1 模拟细节
        7.2.2 界面层内无序Al原子团簇确定方法
        7.2.3 台阶边缘无序Al原子的结构表征方法
    7.3 结果
        7.3.1 台阶边缘无序Al原子结构信息
        7.3.2 台阶边缘无序Al原子与温度的变化关系
    7.4 讨论
    7.5 小结
第八章 总结与展望
    8.1 总结
    8.2 展望
参考文献
简历及研究成果
后记


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于临界晶胚法的Ni固液界面能分子动力学计算[J]. 周化光,王猛,林鑫,黄卫东.  稀有金属材料与工程. 2013(06)



本文编号：3642598