Simulatie van Lokale Microstructuur van Amorfe Legeringen coxB100-X

De lokale microstructuur van amorf materiaal is het onderwerp van talrijke studies [1-8] geweest. Van duidelijke belangstelling zijn die poriën en de clusters door verscheidene poriën worden de gevormd die van ongebruikelijke die eigenschappen niet in een kristal worden waargenomen de oorzaak zijn. Sommige onderzoekers veronderstelden dat het bestaan van grote poriën in amorf vast lichaam onwaarschijnlijk was. Nochtans, wees op de recentste simulatie deze poriën vrij stabiel zijn. De Experimentele studies door zich positonvernietiging, het kleine verspreiden van de hoekRöntgenstraal en elektronenmicroscopie hebben reeds aangetoond dat ontdekte microvoids aan vacatures in een kristal gelijkaardig zijn. In verscheidene echte amorfe legeringen werd het experimenteel deze die „quasivacancies gevonden“ in clusters wordt gecombineerd.

Chan en Elliott [9] berekenden de grootte van poriedistributie in een amorf die model van kiezelzuur door de methode van Monte Carlo wordt geconstrueerd. Zij vonden dat er 3.1x10 pores/cm²¹ met³ stralen van 1.28 Å (atoom Hij straal) waren. De Gelijkaardige berekening van groottedistributie van poriën voor amorfe metaalmodellen ontdekte ook grote poriën (de stralen dicht bij atoomstralen) met significante concentraties [4, 6, en 7]. Voor systemenCo-P en Maïskolf vonden anderen [4] dat het aantal grote poriën die een fosforachtig atoom omringen veel groter is dan één omringend boriumatoom. Bovendien is omringen het aantal grote poriën die een kobaltatoom in systeemCo-P groter dan één omringend een kobaltatoom voor systeemMaïskolf. De Inleiding van eenvoudige geometrische maatregelen die microscopische structurele orde kwantificeren houdt belofte voor het verduidelijken van verband tussen structurele wanorde en fysische eigenschap in. Onlangs, was het de het veelvlak Voronoi, het coördinatieaantal, distributie enz. van de bandhoek, dat nuttig zijn om structurele inhomogenities van amorfe materialen te identificeren. Nochtans, kunnen de poriënkenmerken in voorafgaand werk zoals stralendistributie en aantal poriën worden gemeld die centraal atoom omringen niet de problemen van poriën nog volledig beschrijven die. Voorts werden de gepaste kleine modellen (verscheidene duizend atomen) het gevonden dat slechts van een paar grote poriën het moeilijk is om de verspreidingsrol van deze vacature-als poriën te schatten. In dit werk hebben wij een simulatie van microstructuur van grote amorfe modellenMaïskolf_x1-x het volgende doen verstrekken:

i.           De groottedistributie van cluster door poriën wordt gevormd die slechts in grote modellen kunnen worden ontdekt en niet voor amorf metaalsysteem dat onderzocht.

ii.          Verscheidene nieuwe lokale structurele kenmerken die extra inzicht in amorfe structuur van systeemMaïskolf geven.

iii. Nauwkeurige concentratie van vacature-als poriën.

De berekeningen werden uitgevoerd voor drie modellenMaïskolf₉₀₁₀, Maïskolf_81.518.5 en Maïskolf die₇₀₃₀ 200.000 atomen in een kubieke simulatiecel bevatten met grens periodieke voorwaarden. De Aanvankelijke staten van modellen waren een willekeurige regeling van alle atomen in de simulatiecel. De dichtheid van deze modellen werd verkozen om de echte dichtheid van amorfe legeringen te zijn. Dan werden de systemen ontspannen tot het bereiken van de nieuwe evenwichtsstaat. De Definitieve staten werden verwezenlijkt door 20.000 stappen van statistiekontspanning. In [5] de amorfe legeringen wordt de Maïskolf gegeven door het potentieel pak-Doyama en de geconstrueerde modellen bereiken goede overeenkomst met de experimenten voor gedeeltelijke de paar-distributie functie (PDF). Dit potentieel heeft de volgende vorm:

j 4 + c (r-D)² + euro (1)

Waar r en het j (r) in Å en eV respectievelijk zijn. Potentieel (1) werd afgesneden in een afstand R die in Lijst 1 vermeld is.

Lijst 1. De parameters van interatomic potentieel voor systeemMaïskolf.

Na in werking gesteld elk, werden PDF en lokale de structurele kenmerken berekend. Om de poriën te bepalen werden alle reeksen van vier naburige atomen in het model genomen. Twee atomen werden beschouwd als buren als hun afstand minder dan 5.5 Å was. Dan werd een gebied opgenomen in contact met deze sferische atomen. De stralen kobalt en boriumatomen plaatsen aan 1.25 en 0.81 respectievelijk Å. De opgenomen porie kan met een atoomgebied of met andere poriën worden overlapt. Voor het eerste geval werd de opgenomen porie verwijderd uit het systeem. In het tweede geval zal het verwijderen van kleinere porie worden uitgevoerd als de afstand r tussen deze overlapte poriën en hun stralen r₁ en r₂ (r<r₁₂) na voorwaarde tevredenstelt:

1 + r₂ + r < 2r₂ + 0.1r₁ (2)

Voorwaarde (2) toegestaan behoudend de grootste porie en verwijderend uit reeks overlapte poriën, kleine die degenen bijna binnen een grote porie worden gevestigd. Gebaseerd op reeks verkregen poriën, is de volgende stap de berekening van de volgende parameters:

i.           De straaldistributie van alle poriën in modellen f1 (r).

ii.          De groottedistributie van drie punten:

- voor een geïsoleerde porie, die niet met een andere poriën f2 (D) sneed.

- voor twee overlapte poriënf3 (D).

- voor een cluster van meer dan twee overlapte poriën f4 (D).

Figuur 1 geeft de vorm van deze drie punten en toont hoe te om hun diameter te schatten. Zij worden geroepen als structureel tekort van A, B en respectievelijk C. Het tekort C bevat een porie op het centrum en andere kleinere poriën die het omringen. De diameter van tekort C wordt berekend door van diameters van alle poriën in een tekort C. het gemiddelde te nemen.

iii.        De aantaldistributie van poriën die een centraal atoom f5 (N) omringen en de aantaldistributie van atomen f6 (Z) die in contact met een centrale porie zijn.

iv.       De hoekige distributie f7 (q), waar het q de hoek in een tetrageder is die door vier atomen in contact met een centrale porie (zie Figuur 1) wordt gecreeerd.

Een extra kenmerk dat de lokale atoomregeling verduidelijkt is vrij volume rond een centraal atoom zoals aangetoond in Figuur 1. om deze parameter 10.000 te berekenen die worden de punten opgenomen willekeurig binnen een gebied op het centrum van een centraal atoom met straal R gelijk_f aan 3.4 Å wordt gevestigd. Deze straal beantwoordt aan het eerste minimum van PDF voor paar Co-Co. Het vrije volume rond een centraal atoom werd bepaald zoals

V = 4p (R_f)³ n/(3*10,000) (3)

Waar n aantal opgenomen punten is die buiten atoomgebieden in het model worden gevestigd. Voor gemak, wordt niet-eenheidsparameter V₀ = 3V/4p (R_f)³ =n/10,000 berekend in plaats van V.

PDF van de geconstrueerde modelMaïskolf wordt_81.518.5 aangetoond in Figuur 2. Voor andere modellen heeft hun PDF een gelijkaardige vorm. Over Het Algemeen die, is al PDFs van verkregen modellen dicht aan gegevens binnen [7] worden gemeld voor kleinere modellen. Figuur 3 vertoningen berekende totale x-ray PDF en vergelijkt het bij experimentele gegevens [10]. Wij kunnen zien dat de simulatie experimentele gegevens redelijk goed reproduceert.

De distributie van de poriestraal voor systeemMaïskolf_81.518.5 wordt getoond in Figuur 4. Er zijn twee pieken. De eerste piek wordt gevestigd bij 0.32Å en tweede bij 0.52Å. Het aantal poriën met straal groter dan 0.9Å is 0.00474 poriën per atoom. De grootste porie heeft straal gelijk aan 1.38Å. Zoals aangetoond in [1] deze grote poriën kan hun positie met naburige atomen ruilen en daarom kunnen zij een rol van vacatures in het verspreidingsproces spelen. Deze poriën worden geroepen als vacature-als poriën. Lijst 2 maakt een lijst van het aantal grote holten met stralen groter dan 0.9 Å en stralen grootste die poriën in drie modellen worden gevonden. Zoals vermeld in Lijst 2 heeft de systeem₇₀₃₀ Maïskolf 0.01468 vacature-als poriën per atoom en stralen van grootste die porie in hen worden de gevonden is gelijk aan 1.66 Å. De overeenkomstige waarden voor modelMaïskolf₉₀₁₀ zijn 0.00288 en 1.30 respectievelijk Å. Deze gegevens wezen erop dat de toevoeging van klein atoom B de fundamentele amorfe structuur vernietigt en tot nieuwe tekorten in hen leidt.

Figuur 4. De distributie van de poriestraal van amorfe modelMaïskolf_81.518.5

Lijst 2. Aantal grote holten per atoom en stralen van grootste porie in amorfe legeringen.

Figuur 5 stelt de groottedistributie van structurele tekorten van A, B en C voor. Het verdelen in twee sub-pieken wordt niet waargenomen hier zoals aangetoond in Figuur 4. Daarom is de tweede piek in straaldistributie f1 (D) verwant met ingewikkeldere soorten B of C tekorten. De distributies f2 (D), f3 (D) en f4 (D) voor amorfe modellenMaïskolf₉₀₁₀ en Maïskolf₇₀₃₀ zijn gelijkaardig aan het model_81.518.5 van de Maïskolf. De pieken voor distributies van tekorten A, B en C worden gevestigd bij 0.62, 1.28 en 1.90 respectievelijk Å. Het Kleine verschil in hoogten pieken werd verkregen. Zijn waarden voor tekort A van Maïskolf₇₀₃₀, Maïskolf_81.518.5 en de modellen₉₀₁₀ van de Maïskolf zijn respectievelijk gelijk aan 0.2488, 0.2967 en 0.3229. Over Het Algemeen, is de distributie f2 (D) voor model met rijker borium uitgespreide breder. Lijst 3 maakt een lijst van de fractie alle die tekorten door poriën worden gevormd. Het is duidelijk dat door het borium te verhogen de concentratie in systemen tot het verminderen van de fractie van tekort A leidt, maar de fractie tekorten B en C. verhoogt. De fractie tekorten van A verminderde van 0.7206 tot 0.6743 terwijl het verhogen van de boriumconcentratie. In omgekeerde, steeg de fractie tekorten die van C meer bevatten twee poriën omhoog van 0.1172 tot 0.1484 voor de modelMaïskolf₇₀₃₀ en modelMaïskolf₉₀₁₀. Deze gegevens toonden ook de stijgende structurele wanorde met boriumtoevoeging in systemen.

Figuur 5. De groottedistributie van structurele tekorten van type A, B en C in amorfe modelMaïskolf_81.518.5

Lijst 3. De fractie structurele tekorten in amorfe legeringen

De Belangrijke informatie van lokale atoomregeling wordt verstrekt door hoekdistributie f7 (het q) Deze hoekdistributie voor systeemMaïskolf_81.518.5 wordt getoond in Figuur 6. De piek van hoekdistributie wordt gevestigd dichtbij 60⁰ die van de juiste tetrageder de oorzaak is. In het model van Maïskolf₇₀₃₀ het maximum van kromme f7 (q 0 en het is uitgespreide breder dan voor systeemMaïskolf_81.518.5. In omgekeerde, heeft het model van₉₀₁₀ Maïskolf scherpere piek van f7 (het q Het betekent dat de tetrageder van vier buur atomen en het bevatten van een poriebinnenkant (Figuur 1) sterk heeft vervormd als het binnen een grote porie is.

Het aantal poriën die een centraal atoom omringen en het aantal atomen in contact met poriën worden in een breed interval verdeeld die van 1 tot 25 en 4 tot 18 zich respectievelijk uitstrekken. Zoals aangetoond in Cijfers 8 en 9 verschuiven deze distributies naar het recht voor kobaltatomen in vergelijking met boriumatomen. Het het gemiddelde genomen van aantal poriën die een centraal atoom omringen is 9 en 15 voor respectievelijk de atomen van B en van Co. In vergelijking met poriën in het kristal is deze waarde eerder groter. Daarom kan het activeringsmechanisme van verspreiding langs kieren in amorfe legeringen specifieke eigenschappen in vergelijking met het kristal hebben. Het het gemiddelde genomen van aantal atomen in contact met porie heeft waarde van 13 en 9 voor Co en respectievelijk B. De Analogie aan het geval van aantaldistributie van poriën, de aantaldistributie van atomen verschuift ook naar het recht voor kobalt in vergelijking met boriumatomen. Sommige kenmerken van distributies f5 (N) en f6 (Z) zijn vermeld in Lijst 4.

Lijst 4. Kenmerken voor distributies van aantal poriën en atomen in contact met een porie.

Figuur 9 schilderde de verspreiding van vrij volume af die een atoom omringen. Zij verschuiven in het recht voor het boriumatoom. Het kan van Figuur 8 worden gezien dat de fractie van vrij volume omringend borium eerder groter is dan dat van kobaltatomen. Er zijn ongeveer 8% boriumatomen met de fractie van vrij volume die hen omringen equalto 0.7. Duidelijk beantwoorden deze Voor kobaltatoom deze fractie aan een concentratie minder dan 1%. Nochtans zijn er ongeveer 6% kobaltatomen en neen meer dan 1% boriumatomen heeft een fractie van vrij volume minder dan 0.5. Vandaar is het verwant met ` samengeperste posities'.

De structuur van de amorfe modellen_x100-x van de Maïskolf met het potentieel van paar pak-Doyama is dicht aan de experimentele gegevens. Er zijn significante hoeveelheden grote vacature-als poriën in deze amorfe legeringen. Het aantal dergelijke poriën wordt sterk veranderd met boriumconcentratie. Analyserend de distributie van verschillende die soorten clusters door poriën worden gevormd, vindt men dat alle vacature-als poriën aan de cluster van meer dan twee poriën geïmpliceerd zijn. De Ongeveer geschatte diameter van hen is eerder groter dan de diameter van kobaltatoom. Daarom kan dit structurele tekort een significante rol voor verspreiding in amorfe legeringen spelen. De berekening van hoek, porieaantal, atoomaantal en vrije volumedistributies openbaart dat verhogend de boriumconcentratie in systeemwanorde de structuur van amorfe legeringen. Men heeft getoond dat dichtbij kobaltatoom er meer atomen en poriën dan rond een boriumatoom zijn. In omgekeerde, fractie die van vrij volume is een boriumatoom de omringen groter dan één omringend een kobaltatoom. Voorts wees de verkregen verspreiding van vrij volume ook op het uitgebreide bestaan van `' en ` perste posities' in amorfe structuur samen.

Professor D.K. Belashchenko is gratefullyacknowledged voor nuttige besprekingen en commentaren op het manuscript.

1.       D.K. Belashchenko, de „mechanismen van de Verspreiding in wanordelijke systemen: computer simulatie“, Uspekhi Fizicheskikh Nauk, 42 (4) (1999) 297-319.

2.       Daniel J. Lacks, „First-order amorf-amorfe transformatie in kiezelzuur“, Phys. Toer Lett., 84 (2000) 4629-4532.

3.       M. Scott Shell, G. Pablo, Debenedetti en Athanassios Z. Panagiotopoulos, „Moleculaire structurele orde en anomalieën in vloeibaar kiezelzuur“, Phys. Rev.E 66 (2002) 011202-1 - 011202-8.

4.       P.K. Hung, P.N. Nguyen en D.K. Belashchenko, de „simulatie van de Computer van amorfe legeringenCoP_100-xx en Maïskolf_81.518.5“, Izv. Akad. Nauk. SSSR, Metally, 2 (1998), 118-121.

5.       D.K. Belashchenko, V.V. Hoang, P.K. Hung, de „simulatie van de Computer van lokale structuur en magnetische eigenschappen van de amorfe legeringen van de Maïskolf“, J. Non-cryst. Vaste Lichamen, 276 (2000) 169-180.

6.       V.V. Hoang, Van en P.K. Hung van T.B., „Simulatie van structurele en magnetische niet-homogeen karakter van amorfe Ni-P legeringen“, J. Metast. en Nanocryst. Mater., e-volume 9 (2001) 5-20.

7.       V.V. Hoang, N.H. Hung, N.H.T. Anh, de „simulatie van de Computer van de gevolgen van B, de concentratie van P op de poriedistributie in de amorfe Maïskolf, Co-P legeringen“, J. Metast. en Nanocryst. Mater., e-volume. 18 (2003) 43-48.

8.       V.V. Hoang, D.K. Belashchenko, V.T.M. Thuan, de „simulatie van de Computer van de structurele en thermodynamische eigenschappen van vloeibare en amorfe SiO₂“, Phys. B, 348 (2004) 249-255.

9.       S.L. Chan., S.R. Elliott, „Theoretische studie van de kierstatistieken van zuurstofsublattice in glasSiO₂“, Phys. Toer B, 43 (1991) 4423-4432.

10.   P. Lamparter, E. Nold E., H. Rainer. “ De diffractiestudies van de Röntgenstraal en van het neutron over amorfe overgangs metaal-borium legeringen (Februari, Maïskolf, Bonen), Z. Naturforsch, 1981, V.A36,2, 165-171.