BCC Nb-Mo合金系DO_3-和B2-型有序和无序合金性质的研究

本文依据系统合金科学的思想,推导了适合BCC体系的二元合金相互作用方程,然后根据Nb-Mo合金系中特征原子和特征晶体序列的基本信息及特征原子浓度,计算了DO3-Nb3Mo型,B2-NbMo型和DO3-NbMo3型有序合金和无序合金的性质,趋近计量比时有序合金比无序合金的性质变化大,偏离计量比时性质变化小,主要是由于有序度在计量成分时最大,偏离计量成分开始线性下降,反之,原子之间成键电子增多,近自由电子减少,键距缩短,晶体结合更紧密.     

Au-Cu系的合金相特征原子排列晶体学

本文指出合金相结构的描述取决于所采用的结构单元序列．在系统合金科学（SSA）的合金相特征原子排列晶体学中,合金相的结构是采用对称要素序列和特征原子序列相结合的方式来描述,称之为合金相的特征原子排列结构．它除了能显示结构的对称性之外,还可以给出格点上的特征原子种类以及合金相微观不均匀性．每个特征原子都有其自身的特性：近邻原子组态,势能,体积和电子结构等．合金相的微观不均匀性可以通过特征原子的浓度分布和短程有序参数分布来描述．同时本文对合金相的电子结构和合金相中特征原子的电子结构之间的差异也作了讨论．     

Ag-Cu合金的原子体积和体积函数

建立了原子体积相互作用的 9种函数 .由各V 函数计算Ag Cu合金的平均原子体积和晶格常数分别彼此相等 ,并与实验值符合较好 .由各理论函数计算的组元平均原子体积、特征原子体积各不相同 .只有对能量、体积和电子结构的相关性进行研究后 ,才能正确选择V 函数 ,才能建立合金系的完整知识系统 ,为科学设计新合金奠定基础 .对Ag Cu系中亚稳相的晶格常数与成分的关系也进行了讨论     

Ag—Cu系相图和热力学性质

ＣＣ理论中反映组元间不同相互作用规律的Ｇｉｂｂｓ自由能函数都 能以相同的精度来绘制Ａｇ－Ｃｕ系相图，由这些函数求得组元的偏摩尔性质值相同，这暴露出传统合金热力学的不足之处，由Ａｇ－Ｃｕ系的能量、体积、原子排布和电子结构相关性研究选择的Ｇ－函数，求得了合金及其组元的各种平均热力学性质、ＣＣ理论是建立合金设计用的晶体结构参数、电子结构参数和多种性质数据库的知识系统。     

有关BCC体系合金特征原子浓度的计算

本文以Nb-Mo合金系为例,根据系统合金科学框架思想和BCC体系配位原子的情况,推出了适合BCC体系的合金特征原子浓度的计算公式,计算了B2-NbMo型有序合金的特征原子浓度随有序度s和成分xMo的变化,当合金有序度s=smax时,计量成分的B2-NbMo金属间化合物的特征原子浓度等于合金的成分,即x8Nb=0.5at.,x0Mo=0.5at.;随着有序度的降低,B2-NbMo型有序合金的特征原子A8Nb和A0Mo发生分裂,且随着有序度的降低,原子分裂的程度增大,由此可进行无序和各种不同有序合金的设计。     

Ag—Cu合金的原子能量及Gibbs能函数

阐明了特征晶体模型的合理性，建立了ＣＣ理论的９个Ｇｉｂｂｓ能函数。规则溶液模型相应于ＣＣ模型中的最简单情况。ＣＣ理论中的任何一个Ｇ－函数都可用来描述Ａｇ－Ｃｕ系中的液相和ｆｃｃ相。Ａｇ－Ｃｕ合金的特征晶体的晶格稳定性参数可以采用ＳＧＴＥ科学组提出的形式。     

Al-Ni非晶合金的原子堆垛结构及密度的第一性原理分子动力学模拟

在Al基非晶合金中，Al-Ni系的非晶形成能力（GFA）相比其他系列较佳，但是目前对Al—Ni二元合金系的原子排列、玻璃转变和堆垛密度与成分之间的内在联系，至今还未形成系统的认识．本文利用第一性原理分子动力学（AIMD）模拟方法对AlxNi100-x（x=80，83，85，86，87，90）二元非晶合金的原子堆垛结构和密度进行了研究．双体分布函数和Voronoi多面体分析表明，在该非晶合金系中存在明显的拓扑和化学短程有序，拓扑短程序主要是由以Al原子为中心的类似二十面体结构和以Ni原子为中心的三棱体覆盖三个半八面体（TTP）结构组成．在该合金系非晶中A-与Ni原子间存在强烈的化学交互作用，Al—Ni原子对键长小于原子半径和，化学有序随着Ni含量的增加呈现增加的趋势．AIMD计算结果表明，当x=85时，合金的堆垛密度出现了峰值，偏离了直线规律．综合结构特征和密度特征，从理论上推断，当Al含量为84％～86％时，合金的非晶形成能力较好，可以推广至多元合金体系．     

共晶Co79.5Sn20.5合金的液态结构及其液固相关性

利用高温液态X射线衍射仪研究了共晶Co79.5Sn20.5合金熔体的液态结构. 研究表明, 对Co79.5Sn20.5合金熔体而言, 从1350℃至1150℃的温度范围内, 组成该熔体的原子团簇结构稳定, 熔体有序度随着温度降低有所提高. 同时利用“纳米晶粒模型”研究了该合金的液固相关性, 指出该合金熔体是由b Co3Sn2原子团簇和b Co原子团簇2种短程有序结构组成, 其液态结构和固态结构具有很好的一致性.     

稀贵金属合金系相结构与相关系在热力学计算的研究动态

本文介绍了合金中相的类型与作用,及稀贵金属相结构的研究现状与发展趋势,从研究内容和计算方法方面对存在的问题进行了阐述.提出:(1)贵金属合金相结构的电子、原子层次的结构特征以及相结构的稳定性和形成机制与控制因素;(2)稀贵金属合金相的晶格动力学,热力学性能,热学性能,力学性能及其作为增强相对基体材料性能的影响与其电子、原子结构的关联等研究重点领域及采用的解决方法,并对发展前景进行了展望.     

金属熔体中程有序结构

用高温X射线衍射仪研究了纯铜，纯铝，Cu-Al，Al-Ni，Al-Fe，Al-Si等合金的熔体结构，发现Cu-Al，Al-Ni，Al-Fe合金熔体中除存在短程有序结构外，还存在中程有序结构.在纯金属铜、铝及Al-Si合金熔体中的不同温度范围内，只测取到了短程有序，没有发现中程有序结构.同时发现金属熔体中的这种中程有序结构的存在与消失是温度的函数.结构因子预峰是中程有序结构的表征.在铁含量分别为14%，16%和19%(质量分数，下同)的Al-Fe合金的结构因子曲线S(Q)上，温度为1550℃ 时，都存在预峰，即熔体中都存在中程有序结构.Al-35%Ni合金熔体温度在≤1300℃范围内，存在预峰；温度高于1400℃时，预峰逐渐消失.在Cu-12%Al合金熔体中，当温度低于1250℃时，结构因子曲线上18.5 nm-1位置有预峰出现.随着温度的下降，预峰变得更加明锐.依据Cu-Al合金熔体结构测试结果，建立了中程有序结构模型.     

Fe-Mn-Si基形状记忆合金中FCC相的电子结构与稳定性

利用基于第一原理的离散变分法研究了Fe-Mn-Si合金的电子结构与FCC相稳定性的关系. Si元素使Fe原子的d带空穴数减少, 而Mn的影响较复杂. 以此为基础, 从电子浓度的角度解释了这两种元素对合金层错能的影响, 并结合对合金结合能的计算结果—— Si降低合金的结合能而Mn的作用相反, 阐述了Mn降低而Si升高马氏体相变温度的物理原因. 在不同方向上施加应力时, 合金的电子结构发生变化, Fermi能级处的总态密度有明显提高. 从Fermi能级附近的能谱变化可看出, 应变使能隙减小, 能级的简并性提高. 在同一方向上施以不同的应变, 中心原子的3d和4s轨道上的电子数减少, 3d局域态密度变窄, 且峰值增加. 对比电子密度的变化, 在应力方向上的成键轨道有减弱的趋势, 而在垂直于应力的方向上出现增强, 导致FCC结构的稳定性降低. 这是外场(应力)作用下合金的马氏体相变温度提高的重要原因.     

神经网络的本质逼近阶

运用多元函数逼近工具, 对三层前向人工神经网络逼近连续和可积函数的本质逼近阶进行了定量研究. 证明了当激活函数满足一定条件时, 对任意的连续或可积函数, 能具体构造有明确隐层单元下界的三层网络使之对被逼近函数任意逼近. 给出该类神经网络逼近的上、下界估计和本质逼近阶估计, 刻画所构造网络的逼近性能与网络隐层拓扑结构之间的关系. 特别地, 当被逼近函数为二阶Lipschitz函数时, 所建立的神经网络其逼近速度完全取决于被逼近函数的光滑性. 所获结果对逼近连续或可积函数类的前向神经网络具体构造及逼近能力刻画有重要的理论指导意义.     

价电子结构参数的统计值在钛合金相变温度及共析转变研究中的应用

基于“固体与分子经验电子理论”（EET）,计算了一组表征合金相性质的价电子结构参数的统计值SnA,SEA,并利用价电子结构参数的统计值讨论了合金元素V,Nb,Mo,Hf,Zr,Fe,Mn,Co,Cr,Si等合金元素对钛合金相变温度及共析转变的影响,研究结果与实际符合很好.     

纳米晶体钒热稳定性的分子动力学模拟

用分子动力学技术, 结合分析型嵌入原子方法模拟计算了平均晶粒尺寸为2.86~7.50 nm的纳米晶体钒的微观结构及其热稳定性. 用原子键对分析技术区分了晶粒与晶界原子, 发现晶界原子所占的比例随晶粒尺寸的减小明显提高, 晶体中原子的平均能量要较普通单晶的高. 从原子平均势能、晶界原子比率以及径向分布函数随温度的变化关系得出纳米晶体钒的热稳定温度, 发现随晶粒尺寸的减小纳米晶体钒的热稳定温度明显降低. 最后还讨论了引起这种热稳定温度降低的原因.     

相平衡热力学方法在超细碳化物高碳合金钢合金设计中的应用

多元合金高碳钢成分设计合适时,钢中存在多类型碳化物(M3C、M23C6、M7C3、M6C和MC)在常规的锻轧加工和退火工艺条件下,碳化物具有超细化特征.根据Cr-W-Mo-V高碳合全钢的碳化物在退火温度下的变化规律,应用Fe-Cr-W-Mo-V-Si-Mn-C系相平衡热力学计算,给出各温度下的钢中相结构、相成分和相变规律;并根据不同奥氏体化温度下的基体成分,推导合适的热处理工艺,并预测淬火硬度和回火硬度;借助在电子、原子层次上计算马氏体基体的原子间平均结合能,推断屈服强度和韧性指标.按照技术指标对机械性能的要求,对合金元素不同含量的钢的全部计算结果进行比较,最终确定钢的合适的化学成分.用上述方法研制了系列多类型超细碳化物中合金高碳钢和高合金高碳钢,实践结果表明,理论设计计算与少量的生产性实验结合可以达到预期的目的.     

稀土闪烁晶体研究进展

稀土闪烁晶体能够将高能射线/粒子转换为紫外或可见荧光脉冲,是核辐射探测的关键材料.从元素组成出发,将稀土闪烁晶体分为卤化物和氧化物两大类,总结了典型稀土闪烁晶体的基本闪烁性能及结晶学结构特征.稀土离子独特的4f电子结构使其具有优异的发光性能.一方面,具有完全自旋宇称允许的5d→4f跃迁的稀土离子Ce~(3+),Pr~(3+),Eu~(2+)可作为闪烁晶体的发光中心,能够有效提高闪烁响应能力.稀土离子4f轨道被外部5s25p6轨道屏蔽,受外界环境影响较小,而5d轨道裸露在外,与周围环境相互作用较强,稀土闪烁晶体的组成和结构特性决定了其闪烁性能.另一方面,Y~(3+),La~(3+)(4f~0),Lu~(3+)(4f~(14))属于光学惰性稀土离子,是基质材料的理想化学组成.结合稀土卤化物、稀土铝酸盐、稀土硅酸盐等典型稀土闪烁晶体的组成设计和大块晶体生长进展,以及针对我国闪烁晶体专利保护特点和发展中存在的问题,展望了稀土闪烁晶体的未来发展方向.     

固相合金中的C-Me偏聚理论在陶瓷中的应用

氧化锆陶瓷由于性能优异, 已得到了广泛的应用. 氧化锆陶瓷的相变影响其性能, 为控制相变进而控制性能, 相变机理的研究至关重要. 用固体与分子经验电子理论计算了c-ZrO₂、t-ZrO₂和m-ZrO₂的价电子结构, 得到形成它们强键骨架的共价键上的总共价电子对数分别为3.19184、3.45528和3.79625. 按固相合金中的C-Me偏聚理论的思想推测ZrO₂从高温到低温的相变顺序应为液相→c相→t相→m相. 从价电子结构进行的推断与实验结果完全一致, 说明合金相变的电子理论可以扩展到陶瓷材料中.     

钨酸铅晶粒生长基元及水热制备研究

钨酸铅（ＰｂＷＯ４）晶体结构可看作是钨氧四面体ＷＯ４与铅离子Ｐｂ＾２＋的有序结合，根据“生长基元”模型，钨酸铅晶体的生长基元是由钨氧四面体和铅离子有序结合而的具有不同几何结构的聚集体，棱锥体状、四方柱状和四棱柱状生长基地是钨酸铅晶体的有利生长基元，这些有利生长期的几何构型与钨酸铅晶体结晶学单形的几何方位相一致，在低受 度生长条件下，钨酸铅晶粒的生长这些有利生长基元几何构型的聚合，这些结论完全被水热     

变Al组分AlGaN/GaN结构中的二维电子气迁移率

AlGaN/GaN结构中Al组分对2DEG迁移率有显著的影响,但对这种现象的机理分析非常欠缺,尚不清楚.结合最近研究的实验数据,采用多种散射机制联合作用的解析模型对变Al组分AlGaN/GaN结构中的二维电子气迁移率做了理论计算和分析,所考虑的散射机制包括声学形变势散射、声学波压电散射、极性光学声子散射、合金无序散射、界面粗糙散射、位错散射、调制掺杂远程散射等.发现势垒层Al组分增加引起的2DEG密度增大是造成各种散射作用发生变化的主要因素.77K下2DEG迁移率随Al组分的变化主要是由界面粗糙散射和合金无序散射决定,室温下这种变化则主要由极性光学声子散射和界面粗糙散射决定.计算的界面粗糙度参数与势垒层Al组分的函数关系说明,Al组分增大所造成的应力引起AlGaN/GaN界面粗糙度增大,是界面粗糙散射限制高Al异质结2DEG迁移率的一个重要因素.     

特征驱动的结构拓扑优化方法

本文提出一种以特征作为结构拓扑优化基本设计要素的方法.该方法从CAD特征设计概念出发,通过采用隐式水平集函数建立结构的特征模型,将结构拓扑优化转化为设计域内特征布局和形状优化问题,避免了传统拓扑优化方法仅从力学性能角度寻优材料分布,导致拓扑优化结果过于抽象、工程特征差的弊端.本文针对给定体积约束条件下的结构柔顺度最小化问题,发展了固定网格框架下结构响应分析与形状灵敏度分析计算方法,理论上保证了灵敏度计算精度与结构水平集函数的数学表达形式无关.最后以带孔悬臂梁结构与飞机发动机支架结构为例,采用超椭圆/球特征设计要素验证了该方法的有效性与优越性.