固液界面能匀质形核异质形核过冷度分子动力学模拟论文

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1、金属形核及固/液界面能的分子动力学模拟【摘要】固／液界面能是过冷熔体形核／生长理论中极其重要的物理量,它对于凝固过程中的形核速率和生长速度及界面结构有重要影响。金属的固／液界面能的深入理解对于理解熔体形核及生长过程有很大帮助。本文将形核过程和固／液界面能作为一个系统来看待。我们通过实验全面地研究了Ag、Cu、Ni体系的固／液界面能及形核方式；同时采用分子动力学方法详细地研究了Ag、Cu、Ni的均质形核过冷、形核前熔体的晶胚结构同晶核结构的关联、以及Ni5oCu5o异质形核过程。取得的主要成果有：通过在真空电磁感应加热

2、装置中采用熔融玻璃净化+循环过热的方法对Ag、Cu、Ni的过冷规律进行了系统的研究。采用合适的净化工艺,使其分别获得了263K、257K、340K的过冷度。采用最大过冷度法,我们计算得到在这些过冷度下对应的固／液界面能值分别为：0.1388Jm-2、0.1939Jm-2、0.27631Jm-2。这和有关固／液界面能模型所预测的界面能吻合得很好。为了判定这些金属的形核方式,我们通过相关固／液界面能模型计算得到了实际工艺参数下的均质形核过冷度,也和我们得到的实验值很接近,表明了在这些过冷度下,Ag、Cu、Ni的形核方式接

3、近... 更多还原【Abstract】Thesolid/liquidinterfaceenergyisanimportantphysicalparameterdescribingnucleationandgrowthprocessinsolidificationtheory.Itplaysacentralroleinthedeterminationofnucleationrate,growthrateandthemorphologiesofcrystals.Inordertocomprehendtheessences

4、ofthenucleationandthegrowthofcrystal,itisnecessarytoachieveafurtherunderstandingofthesolid/liquidinterfaceenergy.Thepresentdissertationsystematicallycarriedoutinvestigationsontheundercool... 更多还原【关键词】固/液界面能；匀质形核；异质形核；过冷度；分子动力学模拟；【Keywords】Solid/liquidinterfacee

5、nergy；homogeneousnucleation；heterogeneousnucleation；undercooling；molecular摘要3-5Abstract5-6主要符号表8-121绪论12-321.1固/液界面能的研究背景、现状、目的和意义12-131.1.1固/液界面能的研究背景12-131.2目前研究金属固/液界面能的方法13-211.2.1形核过冷与固/液界面能13-151.2.2临界转变过冷度法151.2.3热力学形核公式法15-171.2.4形核过冷度法17-181.2.5界面涨落法18

6、-201.2.6劈开法20-211.3金属固/液界面能的研究现状21-261.3.1固/液界面能理论进展21-251.3.2固/液界面能实验及模拟进展25-261.4固/液界面能的研究目和意义26-271.5固/液界面能的研究具体实施方案及内容27-281.5.1模拟计算方案选择281.6过冷及固/液界面能的研究所涉及的理论背景及技术28-321.6.1金属熔体的凝固与过冷度28-291.6.2分子动力学模拟方法测量金属的熔点29-301.6.3径向分布函数(RDF)301.6.4H-A键型指数301.6.5键取向序

7、分析(BOP)30-311.6.6晶团分析31-322实验/模拟设施及其调试32-412.1实验设施32-352.1.1实验设备简介322.1.2红外测温仪的原理及安装调试32-352.2模拟计算设施及调试352.3实验原理及实验内容35-372.3.1实验原理35-362.3.2实验流程36-372.4金属的过冷及凝固组织特征37-392.4.1实验目的372.4.2实验内容372.4.3实验设备372.4.4实验步骤37-392.6金属固/液界面能和均质形核过冷度的分子动力学模拟392.6.1实验目的392.6.

8、2实验过程392.7银凝固过程中亚临界晶核和晶体团簇的分子动力学模拟39-402.7.1实验目的392.7.2实验内容39-402.7.3实验步骤402.8过冷Ni_(50)Cu_(50)熔体均质/异质形核的分子动力学模拟40-412.8.1实验目的402.8.2实验内容402.8.3实验步骤40-413金属的过冷及凝固组织特征41-533.1