Au-Cu合金系的系统研究

论文题目: Au-Cu合金系的系统研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 材料物理与化学

作者: 余方新

导师: 谢佑卿

关键词: 合金,无序合金,金属间化合物,合金设计,相图计算,合金系统科学

文献来源: 中南大学

发表年度: 2005

论文摘要: 本文在合金系统科学框架（SSA）下,对Au-Cu合金系进行了系统的研究和分析。 利用单原子理论（OA）、德拜固体比热理论和Grüneisen热膨胀理论对纯金属Cu的自然态FCC结构的原子状态随温度的变化进行了研究,计算了原子状态在三态杂化三角形中随温度的变化轨迹,其成键电子（共价电子和近自由电子）随温度的升高而减少,非键电子随温度的升高而增加。在此基础上计算了金属Cu的势能曲线、体弹性模量、恒压和恒容热容、振动能、焓、熵及Gibbs自由能等各种热力学参量随温度的变化曲线。计算结果与SGTE数据库信息比较,在较低温度两者吻合很好,但随着温度升高,两者之间的差异增大。室温以下的计算结果可以用来补充了热力学数据库信息。 利用特征晶体理论对Au-Cu合金系的晶格常数、结合能、原子状态和物理性质进行了系统的分析和研究,确定了Au-Cu合金系FCC结构类型原子间的体积和能量相互作用方程,获得了FCC Au-Cu系中特征原子A-序列和特征晶体C-序列的原子的状态、势能、体积和晶体的晶格常数、结合能、体弹模量等基本信息。利用A-和C-序列的基本信息和特征原子排布设计方法（CAAD）研究了无序AuxCu（1-x）合金及其组元的原子状态、物理性质随成分变化的关系曲线,分析了合金的晶格常数相对于Vegard定律发生正偏离的原因。研究了Au-Cu合金系中FCC类型点阵结构的Au3Cu、AuCu、AuCu3型多种空间群金属间化合物的原子状态、生成热及其它物理性质,分析了影响相同成分不同结构化合物的稳定性的因素。研究了AuCuⅠ和长周期结构AuCuⅡ化合物的精细结构,确定了它们晶胞中格点上的原子的状态、势能、体积,晶体的晶格常数、结合能、弹性模量,讨论了影响AuCuⅠ和AuCuⅡ生成的势能因素和体积因素。对Au-Cu合金系中典型结构的有序合金（如Ll0、Ll2等）进行了研究,计算了这些合金的特征原子和特征晶体浓度分布,合金及其组元的原子状态、晶格常数、结合能和物理性质随合金成分和有序度的变化。应用CAAD方法研究了Au-Cu系中三种典型金属间化合物Ll0-AuCu、Ll2-Au3Cu、Ll2-AuCu3的理想结构晶胞和含错位排列的原子团簇的原子状态、能量和体积。研究结果表明,在这三种化合物中Ll2-Au3Cu无序化趋势最强,Ll2-AuCu3最稳定。 在特征晶体模型下,结合合金统计热力学,研究了Au-Cu系的热力学性质。计算了液态合金和无序固溶体的生成热和活度随温度和成分的变化曲线,所得结果与实验信息一致。计算了多种有序合金的Gibbs自由能、生成焓和熵随温度和有序度的变化曲线。评估了Au-Cu体系相图,所得相图的液固线与实验信息及

论文目录:

摘要

ABSTRACT

目录

第1章 文献综述

1.1 材料计算设计

1.1.1 概述

1.1.2 系统的材料计算设计思想

1.2 当前材料设计的主要途径

1.2.1 材料知识库和数据库技术

1.2.2 材料设计专家系统

1.2.3 材料设计中的计算机模拟

1.3 材料设计所使用的计算方法

1.3.1 基于第一性原理的主要计算方法

1.3.2 材料设计中的有限元方法

1.3.3 EET理论与TFDC理论

1.4 金属材料系统科学

1.4.1 金属材料科学的理论层次

1.4.2 合金系统科学框架

1.5 研究目的、意义及选题思想

第2章 金属Cu的原子状态、物理性质和热力学性质

2.1 引言

2.2 纯单质理论基本要点

2.2.1 TPE框架中的主要公式

2.2.2 金属Cu的基本原子态及赝晶体的性质

2.3 FCC结构Cu的原子状态随温度的变化

2.4 FCC结构Cu的热力学性质随温度的变化

2.5 小结

第3章 Au-Cu合金系基本信息的确定

3.1 引言

3.2 SSA框架理论模型

3.2.1 基本原子团簇和特征原子序列

3.2.2 特征晶体模型

3.2.3 特征性质相加定律

3.2.4 合金原子体积相互作用方程

3.2.5 合金的能量相互作用方程

3.3 Au-Cu系统的基本信息

3.4 小结

第4章 Au-Cu系无序固溶体的原子状态与物理性质的研究

4.1 引言

4.2 Au-Cu系FCC无序固溶体的特征晶体浓度

4.3 无序FCC结构Au-Cu合金的平均原子体积

4.4 无序FCC结构Au-Cu合金及其组元的平均晶格常数

4.5 Au-Cu系无序FCC固溶体合金的原子势能与摩尔势能

4.6 Au-Cu系无序FCC固溶体合金的原子状态

4.7 Au-Cu系无序固溶体合金的其它物理性质

4.8 小结

第5章 Au-Cu系金属间化合物的研究

5.1 引言

5.2 Au_3Cu型化合物

5.2.1 L1_2-Au_3Cu化合物的晶体结构、原子状态和性质

5.2.2 DO_(22)-Au_3Cu化合物的晶体结构、原子状态和性质

5.2.3 L1_2-Au_3Cu和DO_(22)-Au_3Cu稳定性讨论

5.3 AuCu_3型化合物

5.3.1 L1_2-和DO_(22)-AuCu_3化合物的晶体结构、原子状态和性质

5.3.2 L1_2-AuCu_3和DO_(22)-AuCu_3稳定性讨论

5.4 AuCu型化合物

5.4.1 AuCu(Ⅰ)和AuCu(Ⅱ)化合物的晶体结构、原子状态和性质

5.4.2 AuCu(Ⅱ)化合物的反向畴结构

5.4.3 AuCu(Ⅲ)化合物的晶体结构、原子状态和性质

5.4.4 L1_1-AuCu化合物的原子状态、晶体结构和性质

5.5 Au_2Cu和AuCu_2型化合物

5.6 小结

第6章 Au-Cu系中有序合金的原子状态与物理性质随成分变化的研究

6.1 引言

6.2 L1_2-Au_3Cu型有序合金Au_((1-x))Cu_x的原子状态和性质

6.2.1 L1_2-Au_3Cu型有序合金Au_((1-x))Cu_x中特征原子浓度x_i~(Au)和x_i~(Cu)的分布特征

6.2.2 L1_2-Au_3Cu型有序合金Au_((1-x))Cu_x的原子状态

6.2.3 L1_2-Au_3Cu型有序合金Au_((1-x))Cu_x的晶格参数和物理性质

6.3 L1_0-AuCu有序合金的研究

6.3.1 L1_0-AuCu有序合金的特征原子浓度

6.3.2 L1_0-AuCu有序合金的状态和性质

6.3.3 L1_0-AuCu型有序合金Au_((1-x))Cu_x的晶格参数和性质

6.4 L1_2-AuCu_3型有序合金的研究

6.4.1 L1_2-AuCu_3型有序合金的特征晶体浓度

6.4.2 L1_2-AuCu_3型有序合金Au_((1-x))Cu_x的原子状态

6.4.3 L1_2-AuCu_3型有序合金Au_((1-x))Cu_x的晶格参数和性质

6.5 Au-Cu体系中各种合金相的性质比较

6.6 小结

第7章 Au-Cu合金系中的原子团簇研究

7.1 引言

7.2 L1_0-AuCu金属间化合物原子团簇设计

7.2.1 L1_0-AuCu金属间化合物原子团簇的能量、体积和状态

7.2.2 含错位原子的L1_0-AuCu金属间化合物原子团簇的能量、体积和状态

7.3 L1_2-Au_3Cu金属间化合物原子团簇设计

7.3.1 结构L1_2-Au_3Cu金属间化合物原子团簇的能量、体积和状态

7.3.2 含有错位原子的L1_2-Au_3Cu金属间化合物原子团簇的能量、体积和状态

7.4 L1_2-AuCu_3金属间化合物原子团簇设计

7.4.1 AuCu_3金属间化合物原子团簇的能量、体积和状态

7.4.2 含有错位原子的AuCu_3金属间化合物原子团簇的能量、体积和状态

7.5 小节

第8章 Au-Cu合金的热力学研究

8.1 引言

8.2 理论方法

8.2.1 合金的Gibbs自由能

8.2.2 组元的平均摩尔热力学性质

8.2.3 Au-Cu合金系特征晶体模型热力学中参数的优化和计算

8.3 Au-Cu合金系的热力学性质

8.3.1 液态合金的热力学性质

8.3.2 无序合金的热力学性质

8.3.3 有序合金L1_2-Au_3Cu、L1_0-AuCu、L1_2-AuCu_3热力学性质△G，△H，TS随有序度和温度的变化

8.4 Au-Cu系统评估相图

8.5 小结

第9章 结论

参考文献

致谢

攻读博士期间发表的论文

发布时间: 2006-03-28

参考文献

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• [4].高熵合金微观变形机理[D]. 陈陈旭.浙江大学2018
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