РЕШЕТНИКОВА Е.В., ГЕРМАНОВ А.Б., НАЗАРОВ А.В.

Московский инженерно-физический институт (государственный университет)

Моделирование изменения атомарной структуры в окрестности точечных дефектов с увеличением температуры в ОЦК и ГЦК металлах методом молекулярной динамики.

Разработана модель и проведено моделирование изменения структуры в окрестности междоузельных атомов и вакансий с увеличением температуры методом молекулярной динамики. С использованием парных и многочастичных потенциалов изучены особенности изменения структуры при увеличении температуры в окрестности дефектов для различных ОЦК и ГЦК металлов.

Экспериментальные данные свидетельствуют о том, что характеристики, определяющие зависимость концентрации и диффузионные подвижности точечных дефектов от давления изменяются с увеличением температуры [1]. Однако, насколько нам известно, теоретических работ, дающих возможность определять температурную зависимость упомянутых параметров, нет. Поэтому целью предлагаемой работы является детальное изучение изменения атомарной структуры в окрестности вакансий и междоузельных атомов с увеличением температуры, поскольку величины вышеназванных характеристик определяются именно этой структурой. В качестве инструмента исследования был выбран метод Молекулярной Динамики. В модели изучается движение атомов в кластере сферической формы. Под кластером здесь понимается расчетная ячейка со свободными границами, атомы которой расположены в узлах, соответствующих ОЦК или ГЦК структурам. Максимальное количество атомов в системе достигало 35000. Время компьютерного эксперимента составляло от нескольких сотен до тысяч периодов колебаний атомов. При этом использовались парные и многочастичные потенциалы, хорошо описывающие такие ОЦК или ГЦК металлы как железо, ванадий и цирконий, медь, алюминий и никель.

В ходе изучения изменения атомарной структуры в окрестности точечных дефектов в центре расчетной ячейки рассчитывались средние положения атомов первых четырех координационных сфер в окрестности дефектов. Это позволяло определять расстояния от дефекта до атомов соответствующей координационной сферы и зависимость этих расстояний от температуры. Аналогичным образом исходя из геометрии соответствующей кристаллографической структуры находилась величина параметра решетки в бездефектном кристалле. Далее рассчитывались отношения расстояний от дефекта до атомов координационных сфер к параметру решетки в зависимости от температуры.

Результаты, полученные в ходе проведения моделирования, представлены на рис.1.

Рис. 1. Зависимость отношения расстояний от дефекта до атомов ближайших координационных сфер к параметру решетки от температуры.

Из зависимостей, приведенных на рисунке, видно, что отношения радиусов координационных сфер к параметру решетки остаются неизменными, т.е. сохраняется подобие структуры в окрестности точечных дефектов при изменении температуры. Этот факт позволяет рассчитывать зависимость характеристик междоузельных атомов и вакансий, определяемых атомарной структурой, с изменением температуры исходя из пропорционального изменения расстояний между атомами системы.

Список литературы:

1. Kedves F.J., Erdelyi G. Diffusion under high pressure // Defects and Diffusion Forum. 1989. V. 66-69. P. 175 - 188.