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《Mg7Zn3合金玻璃转变过程局域结构与动力学关联的分子动力学模拟（英文版）》.pdf 8页
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Trans. Nonferrous Met. Soc. China 24(-1093
Molecular dynamics simulation of relationship between local structure and
dynamics during glass transition of Mg Zn
Zhao-yang HOU , Rang-su LIU , Chun-long XU , Xue-min SHUAI , Yu SHU
1. Department of Applied Physics, Chang’an University, Xi’an 710064, C
2. School of Physics and Microelectronics Science, Hunan University, Changsha 410082, China
Received 17 April 2013; accepted 5 July 2013
solidification
relationship
liquid-glass
transition
investigated.
Mg-centered
polyhedron and
the Zn-centered
icosahedron
self-diffusion
coefficients
atoms deviate
temperature
satisfy the
power law. According to the time correlation functions of mean-square displacement, incoherent intermediate scattering function and
non-Gaussian
parameter,
the β-relaxation
supercooled
decreasing
temperature,
α-relaxation
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第1章 材料中的晶体结构3分析.ppt 51页
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1.3.2 离子晶体结构
离子晶体由正负离子组成，它们通过离子键结合，离子键没有饱和性和方向性，离子晶体中离子可有较高的配位数。晶体中正负离子的相对数量由电中性的要求及正负离子的电价比决定。离子的堆积形式由正负离子的相对半径决定。总体上，离子晶体的内部结构可看作负离子有规律地在三维空间堆积，而正离子有规律地分布在负离子堆积体的空隙中。 （1）鲍林规则
①配位原则：围绕每一个正离子，负离子的排列是占据一个多面体的各角顶位置。正、负离子的间距决定了离子半径的总和；正离子配位数决定于正负离子半径的比例。
②静电规则
处于最稳定状态的离子晶体，其晶体结构中每一个负离子所具有的电荷恰恰被所有最临近的正离子联系于该负离子的静电价所抵消。一个阳离子贡献给它周围负离子配位体中的一个阴离子的静电键强EBS（在忽略键长等其它因素的影响时）可用下式表示：EBS=Z/CN。其中，Z为阳离子电价，CN为其配位数。 ③负离子配位多面体的共棱和共面规则
共棱数欲大，尤其是共面数欲大，则离子排列愈不稳定。
④高电价和低配位数的正离子远离原则
高电价和低配位数的正离子，具有尽可能相互远离的趋向，含有此类中心正离子的配位多面体尽可能互不联接。 ⑤结构节约规则
所有相同的离子，在可能的范围内，它们和周围的配位关系往往是相同的。换句话说，在同一晶体中，本质上不同组成的构造亚单元的数目趋向于最低值。
（2）典型的离子晶体结构
离子晶体的结构可看作非金属离子作简单立方、面心立方或密排六方金属原子的位置，金属正离子充填在部分或全部的八面体间隙、四面体间隙或立方体的中心。正离子和相邻的负离子相接触，同性离子之间相间离。 ①AB型化合物 ②AB2型化合物
③ABO3型化合物
1.4 合金相结构
合金是指由两种或两种以上的金属或金属与非金属经熔炼、烧结或其他方法组合而成并具有金属特性的物质。组成合金的基本的独立的物质称为组元。
相是指具有同一聚集状态、同一晶体结构和性质并以界面相互隔开的均匀组成部分。合金根据元素的存在状态分为固溶体和中间相两大类。 1.4.1 固溶体
固溶体是指以某一组元为溶剂，在其晶体点阵中溶入其他组元原子（溶质原子）所形成的均匀混合的固态溶体，它保持着溶剂的晶体结构类型 。
根据溶剂原子在晶体结构中的位置可分为置换固溶体和间隙固溶体。根据溶质原子的溶解度可分为有限固溶体和无限固溶体。根据溶质原子的分布规律固溶体可分为无序固溶体和有序固溶体。
（1）置换固溶体
置换固溶体是指溶剂原子占据晶体结构中溶质原子的位置而形成的固溶体。根据溶剂原子溶入的限度，置换固溶体可分为有限固溶体和无限固溶体
1）晶体结构对固溶度的影响
晶体结构相同是形成无限固溶体的必要条件，不同结构的组元只能形成有限固溶体。形成有限固溶体时，溶质元素与溶剂元素的结构类型相同，则溶解度通常也较不同时为大。 2)原子尺寸对固溶度的影响
当|r溶剂原子－r溶质原子|/r溶剂原子小于15%时，有利于形成溶解度较大的固溶体；此值越大，则溶解度越小。主要是因为此值越大，表明两种原子的半径相差越大，形成置换固溶体点阵畸变增大，畸变能提高。 3)电负性对固溶度的影响
电负性相差愈大，元素间的亲和力愈强，愈倾向于形成化合物而不利于形成固溶体;生成的化合物越稳定，则固溶体的溶解度越小。
4)化合价对固溶度的影响
对于铜、银和金，在尺寸因素有利的情况下，溶质原子的化合价越高，所形成固溶体的固溶度越小。它们最大溶解度的电子浓度值都接近于1.4。电子浓度：e/a=VA(1-x)+VBx （2）间隙固溶体
间隙固溶体是指溶质原子分布于溶剂晶格间隙而形成的固溶体。影响间隙固溶体固溶度的因素包括溶质原子的大小和晶体结构中间隙的大小和形状。
1)间隙固溶体中原子的尺寸
形成间隙固溶体的溶质原子一般较小，当它与溶剂原子半径相差超过41%时，溶质原子容易进入溶剂原子的间隙而形成间隙固溶体。但溶质原子的尺寸仍大于间隙尺寸，因此会引起晶格畸变，因此，间隙固溶体都为有限固溶体，其固溶度较小。
常见的间隙原子包括H、B、C、N、O等，其原子尺寸通常小于0.1nm 2)晶体中间隙的形状及对固溶度的影响
面心立方和密排六方的八面体间隙为0.414ra；四面体间隙为0.225ra。体心立方的八面体间隙半径在不同方向上差别较大，其中在&100&方向为0.154ra，在&110&方向为0.633ra；四面体间隙为0.291ra。
在体心立方中&lt
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含二十面体准晶相Mg-Zn-Nd系中间合金的研究.pdf 71页
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太原理工大学硕士研究生学位论文
含二十面体准晶相的
系中间合金的研究
自二十面体准晶(I-phase)被发现以来，一直是材料科学界所研究的热
点。准晶的制备、性能及应用研究也一直受到人们普遍的关注，但是由于
准晶自身脆性的限制，使得它不能够作为结构材料而直接应用。尽管如此，
准晶由于其独特的准周期性晶体结构，使得准晶具有高硬度、耐热性和低
表面能等独特性能，使其特别适合作为韧性基体材料中的强化相。采用镁
基准晶相作为镁合金的增强相，能够很大程度地提高镁合金的室温及高温
性能，具有重大的应用价值。本文正是基于准晶颗粒增强镁基复合材料的
思想，为准晶增强镁基复合材料设计一种新型准晶中间合金。实验采用常
规金属型铸造方式制备含球形二十面体准晶相颗粒的
Mg-Zn-Nd 中间合金。
X-ray 衍射分析仪、金相显微镜、扫描电子显微镜及透射电子显微镜等
分析手段，研究了
中间合金的显微组织变化规律，确定了
Mg-Zn-Nd 球形二十面体准晶相的结构类型，确定了球形准晶相形成的合金
成分范围。
本文的主要研究结果如下：
1) 研究表明，通过常规铸造方法，在本实验所设计的几种
中间合金中，能够得到具有五重轴对称特征结构的二十面体准晶相，其宏
观形态异于其它准晶体，呈现出高圆整度的球形状，准晶相颗粒尺寸在
X-ray 衍射分析表明，该球形准晶相是一种典型的
太原理工大学硕士研究生学位论文
Frank-Kasper 型简单二十面体准晶，准晶格参数
aR = 0.525nm，化学成分为
Mg40Zn55Nd5。球形
Mg40Zn55Nd5 二十面体准晶的价电子浓度比
e/a = 2.05，
Hume-Rothery 规则确定的
Frank-Kasper 型准晶的价电子浓度比值
(2.0-2.15)之内。球形准晶相能够在
327℃的退火温度下长期稳定存在。此外，
在一些实验合金组织中出现的杆状相是一种具有六方晶体结构的三元金属
间化合物相，成分近似为
Mg68Zn30Nd2，晶格参数为
a = 0.3975nm，c =
0.6529nm，c/a = 1.64，晶体结构及
c/a 值与 Mg
2) 通过研究合金中
Nd 元素含量的变化对合金铸态显微组织的影响，
发现球形准晶相颗粒的数量是随着
Nd 元素的递增呈正态函数分布的。当合
Mg/Zn 原子比值维持在
2.5-2.6 之间时，合金的显微组织变化规律如下：
Nd 含量小于
1.2at%时，合金的铸态显微组织主要由
Mg7Zn3 基体+α-Mg
Mg68Zn30Nd2 杆状相及少量的球形
Mg40Zn55Nd5 二十面体准晶相组
1.2at%左右时，合金的铸态组织由柱状
Mg7Zn3 单相基
Mg40Zn55Nd5 准晶相颗粒组成；③而当
Nd 含量等于和大于
时，合金组织中球形
Mg40Zn55Nd5 准晶相颗粒的数量急剧减少和消失，并出
现了一种呈六边形形状的
Mg28Zn65Nd7 金属间化合物相（在此称之为
Nd 元素含量的继续增多其数量也在增多。同时，合金组织中还有
α-Mg 相，少量的
Zn2Mg Laves 相以及
α-Mg +MgZn
的细层片状共晶
3) 实验结果表明，Mg/Zn
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Zn原子位置对ZnO晶体电子结构的影响
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第1章 材料中的晶体结构3
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