高温高压下钼的结构稳定性研究

以钼为代表的一系列过渡金属,在高温高压的相变及结构稳定性研究是实验和理论研究的热点.钼在常温常压下是bcc结构,但是在高温高压下可能的相结构一直未能确定.本文首先预测了几种高压下的结构,并计算了其自由能及力学性质.针对可能的hcp结构,我们通过新近发展的自洽晶格动力学方法,充分考虑声子间相互作用,成功获得了hcp结构高温高压声子色散曲线,结果表明hcp相在热力学及动力学上都是能够稳定存在的结构,是一种可能的高压相.     

一维应变加载下单晶铁结构转变的微观研究

采用嵌入原子势和分子动力学方法,模拟了单晶铁在一维应变条件下由体心立方（bcc）转变为六角密排（hcp）结构的微观过程. 当应变加载至相变临界值时,hcp相开始均匀形核并沿{011}晶面长大为薄片状体系.弹性常数C₃₁和C₃₂在相变前被逐渐硬化,C₃₃则在相变前出现软化行为;当体系完全相变后,上述各弹性常数显示开始随体积压缩而迅速硬化,温度效应对晶格具有软化作用,可削弱C₃₃的硬化和软化过程;样品在压缩过程可出现孪晶结构,孪晶结构使晶格发生剪切变形.混合相中,hcp相势能比bcc相高,最大剪应力方向与bcc相反向;系统的偏应力与hcp相质量分数近似呈线性关系. 关键词： 结构转变 分子动力学 一维应变     

室温下Fe62Ni27Mn11（wt%）合金的压致fcc-hcp相变

 本文采用Mao-Bell型金刚石对顶砧（DAC）及高压在位（in situ）粉末X光衍射照相方法研究了Fe₆₂Ni₂₇Mn₁₁（wt%）合金在0~43.2 GPa压力范围内的压致结构相变和等温压缩行为，实验结果表明，该合金在低压时为fcc结构，在19.4 GPa压力附近出现压致fcc→hcp结构相变，直到43.2 GPa一直保持fcc、hcp二相共存；相变过程中，二相的molar体积相同；高压hcp相得晶格参数比值c/a基本上不随压力而变，可以表示为c/a=1.630±0.006；在卸压过程中，hcp相可保持到5.8 GPa，当卸压到常压时，该合金完全恢复到fcc结构；用Murnaghan等温固体状态方程对其压缩数据进行最小二乘法拟合，得到B₀=(166±12) GPa，B₀'=5.2±0.5；本文还给出了该合金的压致fcc→hcp结构相变模型，并对存在很宽的二相共存区间问题进行了初步探讨。     

非静水压条件下铁从α到ε结构相变的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的平面波赝势方法,研究了三轴加载的非静水压力和静水压力对铁从体心立方结构（bcc,α相）到六角密排结构（hcp,ε相）相变压力和磁性的影响,结果发现：在0—18 GPa压力范围内,相对静水压力条件,随着压力的升高,bcc结构的原子磁矩在非静水压力下降低得更快;在非静水压力下,相变更容易发生,相变压力随着非静水压力程度的增加而降低;并且对非静水压力对相变压力影响的物理机理进行了讨论. 关键词： 相变 非静水压力 第一性原理 铁     

第一原理对铝的静态结构和相变的计算

 在密度泛函理论（DFT）和广义梯度近似（GGA）下,用缀加平面波加局域轨道（APW+lo）方法对铝的晶格常数、体弹模量以及在静态高压下的固态相变进行了计算。计算得出面心立方晶格结构（fcc）向六角密堆积结构（hcp）和体心立方结构（bcc）的相变分别发生在220 GPa和330 GPa,hcp向体心结构bcc的相变发生在380 GPa。计算结果和实验数据以及其它理论计算符合较好。     

第一性原理计算Fe从bcc到hcp结构的相变路径及其磁性边界

本文采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算了压力作用下Fe从bcc到hcp结构相变的势能面、相变路径以及相变过程中的磁性相边界.结果表明:与Burgers路径不同,相变过程中bcc结构(110)bcc面的剪切和相对滑移相互耦合,并伴随有(110)bcc面间距的减小;这一相变机制可以解释Fe的静高压实验中在相变初期观察到的hcp结构异常.因此,并不需要像Wang和Ingalls提出的那样,在相变过程中引入一个亚稳定的fcc相来解释这些实验结果.对相变势能面的计算表明剪切对相变的发生有激活作用.此外,分析表明相变过程中涉及复杂的磁性转变,相变过渡态位置正好位于磁性相边界上,并对原子磁性对结构转变影响的物理机制进行了讨论.     

α-锆的低压动态力学特性

锆在常态为六角密堆（Hexagonal close-packed，hcp）结构（α相），在高压下转变成六方结构（ω相），温度升高时（1136K以上）转变为体心立方（Body-centered-cubic，bcc）结构（β相），更高温度（2123K）下熔化。锆在较低压力下发生α→β相变，材料强度影响不可忽略，研究表明材料在屈服后发生相变，会对已有的塑性流动起增强作用。本构关系对于研究锆在冲击加载下相变前后、相变期间的物理和力学性质的变化，理解锆的基本动力学特性是必不可少的。     

高压下Fe从bcc到hcp结构相变机理的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法, 分别研究了压力作用下Fe从体心立方 (bcc,α 相) 结构到六角密排(hcp, ε相) 结构相变的两种不同的相变机理: 相变过程中出现亚稳定的面心立方(fcc) 结构(bcc-fcc-hcp) , 以及相变过程中没有出现亚稳定的fcc结构(bcc-hcp) . 计算结果表明: 静水压力条件下, 相变过程中并不会产生亚稳定的fcc结构, 这与最近的原位XRD实验测量结果相一致. 随着压力的增加, fcc-hcp的相变势垒逐渐增加, 压力趋向于阻止Fe从fcc结构到hcp结构的相变. 计算得到了相变过程中原子磁性和结构的详细信息, 分析表明相变过程中涉及复杂的磁性转变, 并且讨论了原子磁性对结构转变影响的物理机理. 此外, 对分子动力学模拟中产生亚稳定的fcc结构的原因也进行了讨论. 关键词： 相变机理 静水压力 第一性原理 铁     

单轴应变条件下Fe从α到ε结构相变机制的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的平面波赝势方法,研究了沿［001］方向单轴应变条件下Fe从体心立方结构(bcc,α相)到六角密排结构(hcp,ε相)相变的临界压力、相变路径、相变势垒以及相变过程中原子磁性的变化.结果发现:单轴应变条件下Fe从α到ε结构的相变路径与以前理论计算模拟给出的静水压力条件下的相变路径明显不同;原子磁矩沿着相变路径突然降低,同时伴随着能量和体积的突然变化,是典型的一阶磁性相转变,表明原子磁性的丧失导致了bcc结构不稳定而向hcp结构转变.对单轴应变下吉布斯自由能的计算表明,相变势垒随着单轴应 关键词： 相变 单轴应变 第一性原理 铁     

动态压缩下马氏体相变力学性质的微观研究

使用分子动力学方法,模拟了活塞以恒定加速运动从一端压缩单晶铁（沿［001］晶向）发生马氏体相变的微观过程.根据模拟结果将上述压缩过程分为弹性压缩、晶格软化、相变（bcc至hcp）、超应力松弛和高压相弹性压缩五个阶段,对各阶段的原子滑移规律和应力变化特征做了详细分析.分析得出应力超过约10 GPa时,开始出现弹性常数软化行为;层错结构（fcc）和孪晶界为新相形核的两种缺陷,前者更为稳定;相变后粒子首先进入超应力松弛状态（即沿加载方向的偏应力呈现负值）,在应力超过约36 GPa粒子转变为高压相弹性压缩状态. 关键词： 分子动力学 单晶铁 相变 动态压缩