高压下Cu50Zr50非晶合金结构演变的分子动力学研究

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非晶合金拥有比晶体材料更加优异的性能,是因为其独特的结构特点。本文利用经典分子动力学模拟软件Lammps,对Cu50Zr50非晶合金和Cu50Zr50理想晶体分别执行相同条件的高压变形,通过双体分布函数、键对分析技术以及局域原子应变的方法,从原子水平表征了不同静水压力下两种体系结构的演变规律,目的是为了建立非晶合金和理想晶体两种不同结构之间的联系。本文利用双体分布函数等分析技术对Cu50Zr50非晶合金不同压力下的结构演变过程进行了分析。结果表明,当压力增大到50GPa时,体系仍然为非晶结构,整个体系趋向于键对指数较大且奇数次对称的团簇演变。通过统计每个压力下体系的原子平均体积,得出V-P的关系变化曲线,结果表明,随着压力增大平均原子体积逐渐降低,曲线连续变化,整个高压过程并未发生相变;同时通过拟合Bridgman方程,最终得到该合金的体积弹性模量为125.8GPa,该值与文献报道值相符合。对Cu50Zr50理想晶体分别在10GPa、20GPa、…、120GPa的静水压力下的变形执行模拟,计算得出V-P曲线的变化关系,发现在80GPa之前,曲线连续变化;当压力升至80GPa到90GPa之间时曲线出现突变,发生相变;到100GPa之后,曲线与非晶V-P曲线保持平行,此时相变结束且新的结构为非晶结构,这一结论可以从双体分布函数第二峰劈裂得到证实。通过对高压诱导相变所得非晶体系卸载压力并使其充分驰豫,得到的结构双体分布函数第二峰劈裂,合金仍然为非晶态,说明高压诱导非晶化的过程不可逆;这种新的非晶态结构能量和体积不同于1K/ps快速冷却得到的非晶结构,这一现象建立了一种新的制备非晶合金的方法,且这种新制备的非晶结构能在室温下稳定存在。
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