(铝相变临界压力的分子动力学计算.doc

2011届学士学位论文 铝相变临界压力的分子动力学计算 姓 名： 指导教师： 学 院： 专 业： 学 号： 铝相变临界压力的分子动力学计算 内容提要： 本文用分子动力学模拟的方法，采用了EAM势函数, 模拟计算了fcc、hcp、bcc结构铝在压缩过程中单原子能量随单原子体积的变化规律，通过此规律分析绘制了fcc、hcp、bcc结构铝的冷能曲线，并由冷能曲线分析判断了铝在高压下可能出现的相变规律，计算了各相变所对应的相变临界压力点。计算结果表明，铝在高压下存在fcc-hcp和hcp-bcc相变，对应的相变临界压力分别为61 Gpa和210 Gpa。 关键词： 铝，相变，分子动力学，势函数，冷能曲线。 Molecular Dynamics Calculation of Phase Transition Critical Pressure of Aluminum Abstract: By molecular dynamics simulations employing an embedded atom method potential, we investigate structural transformations in single crystal Al. In our simulation, the atomic energy as the function of the single atomic volume of the fcc, hcp, bcc structure of aluminum in the compression process were calculated. The cold energy curve of the fcc, hcp, bcc structure of aluminum were plotted. The results show that the fcc-hcp and hcp-bcc transformation will occur in the compression process, and the transition pressures are 61 Gpa and 210 Gpa respectivly. Keywords: Aluminum , phase transition , Molecular dynamics , potential function , cold energy curve . 引言： 铝化学符号是Al，它的原子序数是13。铝元素在地壳中的含量仅次于氧和硅，居第三位，是地壳中含量最丰富的金属元素。在金属品种中，仅次于钢铁，为第二大类金属。至19世纪末，铝才崭露头角，成为在工程应用中具有竞争力的金属，且风行一时。航空、建筑、汽车三大重要工业的发展，要求材料特性具有铝及其合金的独特性质，这就大大有利于这种新金属铝的生产和应用。 铝的应用极为广泛。 [1]。 对于相变的研究，一般情况下可以从热力学、结构变化以及相变动力学几方面进行分类。其中热力学方面主要从相变临界条件方面考虑；结构变化方面主要研究相变的产物；而相变动力学主要指的是相变的机制等。本文研究的铝的相变属于固态相变的范围。在许多情况下，材料的性能决定于某些特定结构微观组织和分布这种组织结构包括晶体的形状和分布（晶粒和金相组织）构成的晶体结构及其中的晶体缺陷电子组态，也包括它们当中的组织缺陷。因此研究固态相变对控制金属、合金以及某些非金属材料性能有极为重要的理论和实践意义20世纪80年代Mcmahan和Moriarity等[2]用GPT(The Generalized Pseudopotential Theory)和LMTO (The Linear Muffin-Tin-Orbitals)两种方法分别计算了铝的面心晶格结构(fcc)、六角密堆积结构(hcp)和体心晶格结构(bcc)，得到fcc-hcp以及hcp-bcc高压结构相变时的临界压力值分别是360 GPa和560 GPa(GPT)，120 GPa和200 GPa(LMTO)；Boettger和Trickey[3]用LCGTO(The Linear Combination of Gaussian-Type Orbitals)方法采用LDA近似后得到fcc-hcp以及hcp-bcc高压结构相变时的临界压力值分别是(205±20)GPa和(565±60)GPa，同时得到fcc-bcc高压结构相变时临界压力值是330 GPa。Lam和Cohen[4]利用从头计算赝势平面波(PW)的方法得到fcc-hcp及hcp-bcc高压结构相变时的临界压力