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表面对材料的性能有着重要影响。本文运用分子动力学方法和改进分析型嵌入原子方法(MAEAM)研究了钒、铌、钨等难熔金属低指数面(111)、(001)、(110)的微观结构与温度变化之间的关系。 本文首先计算了体系中每个原子的平均能量来确定钒、铌、钨等金属完整晶体的熔点,其结果接近于各自的实验值。还研究三种金属不同温度下的热膨胀系数,结果和已有的参考值接近。 受表面张力的影响,各低指数表面层间距随温度升高而发生变化,在相同温度下,(111)面的层间距变化最大,其预熔温度最低,(110)面的层间距随温度变化最不明显,其预熔温度最高,而(001)面的层间距变化和预熔温度则处于两者之间。钒、铌各低指数表面随温度升高出现收缩。 通过对钒、铌、钨各低指数面的原子位置、原子振动的均方值、层原子密度、层结构因子、径向分布函数模拟研究表明:在低于其熔点温度下,各低指数面在自由表面处均附着一准液态层而出现预熔现象,其中(111)表面最先出现预熔,(001)表面次之,而(110)表面最后出现预熔。随着温度升高,(111)面、(001)面的预熔层逐渐内层原子扩展;而(110)面则不明显,直到接近其熔点温度时才在其表面出现预熔层。其原因是各低指数面的原子密度不同、原子排列方式的差异、表面不对称性和原子振动非谐效应增强等因素,使得各表面在低于晶体熔点温度下出现预熔。研究还表明:V、Nb、W的各低指数表面都没有出现过热现象,V、Nb的各低指数面以及W(111)面在低于其各自的熔点下,整个试样已经完全处于无序状态。 另外根据径向分布函数,将预熔原子分数与温度进行了数值拟合发现,预熔原子分数随温度变化可以用一经验式来预测,并通过拟合的表面预熔激活能来判断低指数面的预熔和熔化的情况,随着表面预熔激活能的降低表面预熔温度显著减小。