Fe3Si快速凝固过程中的纳米结构特征

论文摘要

金属间化合物Fe3Si是一种重要的磁性功能材料,高硬度、良好的抗腐蚀性能和低电导率以及优异的软磁性能使其具有广泛的用途。目前,对于Fe3Si中比较稳定的DO3型结构研究较多,但是相关研究中涉及到微观结构特征的工作甚少。纳米结构常被作为材料模拟中的重点研究对象,用分子动力学方法模拟不同条件下Fe3Si的凝固过程,探究其中的纳米结构将有助于进一步了解其物理性能,为该材料的应用研究提供理论指导。本研究采用适用于Fe3Si体系的Tersoff势对液态Fe3Si在不同冷速和不同压强下的快速凝固过程进行了分子动力学模拟。对于所得数据采用原子平均能量、双体分布函数、比体积、配位数、键角分布函数、共有近邻子团簇、标准团簇分析法以及微观结构可视化等方法进行详细分析。研究表明冷却速率的大小影响液态Fe3Si的晶化（或非晶化）程度,在1010K/s冷速的凝固中Fe3Si发生了二次相变;在1012K/s冷却速率下,体系最终介于晶态和非晶态之间的状态,并在该冷速下施加不同压强时,会对体系非晶结构的形成有一定的促进作用。本研究中的拓扑密堆型最大标准团簇的含量百分比与温度的变化关系受共有近邻团簇S555的影响较大,在30GPa下,凝固后的Fe3Si中S555和拓扑密堆型最大标准团簇的含量百分比均达到最大值。对于2GPa下的体系,凝固后的Fe3Si具有大量的纳米结构[8/300],处于能量低的稳定状态,中程有序度较高,并且与[8/300]有关的不同尺寸中程有序结构主要通过[2/200,6/300]和[6/200,4/300]两种纳米结构的镶嵌衔接形成较大尺寸的非晶态团簇。此外,这三类纳米结构与其它Fe原子易形成非长程有序的长链,与体系中Si原子形成局部紧密的较短链,这些长、短链互相连接套索,提高整体的结构稳定性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 引言
•   1.2 快速凝固的定义和组织特征
•   1.3 纳米团簇的基本特征
• 3Si的基本结构及特征'>  1.4 Fe₃Si的基本结构及特征
• 3Si的性能及研究现状'>  1.5 Fe₃Si的性能及研究现状
•     1.5.1 理论及应用研究
•     1.5.2 研究展望
•   1.6 研究目的与内容
•     1.6.1 研究目的
•     1.6.2 研究内容
• 第二章 模拟和表征方法介绍
•   2.1 引言
•   2.2 分子动力学模拟
•     2.2.1 基本原理
•     2.2.2 势函数介绍
•     2.2.3 运动积分与积分步长
•     2.2.4 初始条件及周期性边界条件
•     2.2.5 系综原理
•   2.3 微观结构表征方法
•     2.3.1 双体分布函数
•     2.3.2 配位数
•     2.3.3 角分布函数
•     2.3.4 共有近邻子团簇
•     2.3.5 最大标准团簇
•     2.3.6 拓扑密堆型最大标准团簇
•     2.3.7 三维可视化分析
•   2.4 本章小结
• 3Si凝固中微观结构的影响'>第三章 冷却速率对Fe₃Si凝固中微观结构的影响
•   3.1 引言
•   3.2 模拟条件和方法
•   3.3 结果与分析
•     3.3.1 双体分布函数
•     3.3.2 原子平均能量
•     3.3.3 配位数分析
•     3.3.4 键角分布函数
•     3.3.5 微观可视化
•   3.4 本章小结
• 3Si快速凝固过程中纳米结构的影响'>第四章 压强对Fe₃Si快速凝固过程中纳米结构的影响
•   4.1 引言
•   4.2 模拟条件和方法
•   4.3 结果与分析
•     4.3.1 双体分布函数
•     4.3.2 比体积与原子平均能量
•     4.3.3 共有近邻子团簇
•     4.3.4 标准团簇
•     4.3.5 拓扑密堆型最大标准团簇
•   4.4 本章小结
• 3Si快速凝固过程中中程有序的纳米结构'>第五章 Fe₃Si快速凝固过程中中程有序的纳米结构
•   5.1 引言
•   5.2 模拟条件和方法
•   5.3 结果与分析
•     5.3.1 原子平均能量
•     5.3.2 径向分布函数
•     5.3.3 纳米结构[8/300]
•     5.3.4 中程有序的纳米结构
•     5.3.5 中程有序结构间的连接关系
•   5.4 本章小结
• 第六章 总结
• 致谢
• 参考文献
• 附录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 胡雪晨

导师: 高廷红

关键词: 分析动力学模拟,快速凝固,纳米结构

来源: 贵州大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 物理学,材料科学

单位: 贵州大学

分类号: O482.54;TB383.1

总页数: 71

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