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SmCo7纳米晶合金晶粒组织热稳定性的热力学分析与计算机模拟

张杨 宋晓艳 徐文武 张哲旭

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SmCo7纳米晶合金晶粒组织热稳定性的热力学分析与计算机模拟

张杨, 宋晓艳, 徐文武, 张哲旭

Thermodynamic study and cellular automaton simulation of thermal stability of nanocrystalline SmCo7 alloy

Zhang Yang, Song Xiao-Yan, Xu Wen-Wu, Zhang Zhe-Xu
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  • 推导出了单相纳米晶合金的晶界过剩体积与晶粒尺寸之间的定量关系, 建立了纳米晶合金的晶界热力学性质随温度和晶粒尺寸发生变化的确定性函数. 针对SmCo7纳米晶合金, 通过纳米晶界热力学函数计算和分析, 研究了单相纳米晶合金的晶粒组织热稳定性. 研究表明, 当纳米晶合金的晶粒尺寸小于对应于体系中晶界自由能最大值的临界晶粒尺寸时, 纳米晶组织处于相对稳定的热力学状态; 当纳米晶粒尺寸达到和超过临界尺寸时, 纳米晶组织将发生热力学失稳, 导致不连续的快速晶粒长大. 利用纳米晶合金热力学理论与元胞自动机算法相耦合的模型对SmCo7纳米晶合金在升温过程中的晶粒长大行为进行了计算机模拟, 模拟结果与纳米晶合金热力学模型的计算预测结果一致, 由此证实了关于纳米晶合金晶粒组织热稳定性的研究结论.
    The accurate quantitative relationship between the excess volume at the grain boundary and the nanograin size in nanocrystalline alloy is deduced. The fundamental thermodynamic function of nanocrystalline alloy is derived as a function of nanograin size and temperature. By taking the SmCo7 alloy for example, the thermal stability of the nanocrystalline alloy, as well as its evolution characteristics, is studied based on the calculated excess Gibbs free energy of nanograin boundary. The results show that the nanostructure with grain size below a critical value that corresponds to the maximum excess Gibbs free energy can have higher thermal stability than a coarser nanograin structure. Once the grain size is larger than the critical value, the nanostructure may lose its stability and undergo discontinuous grain growth. By combining the nanothermodynamic model with the cellular automaton algorithm, the quantitative and visual simulations of nanograin growth in nanocrystalline SmCo7 alloy are performed. The nanograin growth behavior described by the two approaches are consistent with each other, which validates the conclusion of the thermal stability of nanocrystalline alloy, drawn from the present thermodynamic study.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 50871001)和教育部博士点基金(批准号: 20070005010)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 50871001), and the Doctorate Foundation of Chinese Education Ministry, China (Grant No. 20070005010).
    [1]

    Sun J B, Han D, Cui C X, Yang W, Li L, Yang F, Yang L G 2010 Intermetallics 18 599

    [2]

    Li A H, Dong S Z, LiW2002 Acta Phys. Sin. 51 2320 (in Chinese) [李安华, 董生智, 李卫 2002 物理学报 51 2320]

    [3]

    Gutfleisch O, Müller K H, Khlopkov K, Wolf M, Yan A, Schäfer R, Gemming T, Schultz L 2006 Acta Mater. 54 997

    [4]

    Zhang C W, Li H, Dong J M, Wang Y J, Pan F C 2005 Acta Phys. Sin. 54 1814 (in Chinese) [张昌文, 李华, 董建敏, 王永娟, 潘凤春 2005 物理学报 54 1814]

    [5]

    Sun J B, Han D, Cui C X, Yang W, Li L, Yang F 2009 Acta Mater. 57 2845

    [6]

    Guo Y Q, Li W, Feng W C, Luo J, Liang J K, He Q J 2005 Appl. Phys. Lett. 86 192513

    [7]

    Wang W Q, Wang J L, Tang N, Bao F Q, Wu G H, Yang F M, Jin H M 2001 Acta Phys. Sin. 50 752 (in Chinese) [王文全, 王建立, 唐宁, 包富泉, 吴光恒, 杨伏明, 金汉民 2001 物理学报 50 752]

    [8]

    Song X Y, Zhang J X, Yue M, Li E D, Zeng H, Lu N D, Zhou M L, Zuo T Y 2006 Adv. Mater. 18 1210

    [9]

    Song X Y, Liu X M, Zhang J X 2006 J. Am. Ceram. Soc. 89 494

    [10]

    Zhang Z X, Song X Y, Xu W W 2010 Scr. Mater. 62 594

    [11]

    Gleiter H 2000 Acta Mater. 48 1

    [12]

    Feth H J 1990 Phys. Rev. Lett. 65 610

    [13]

    Wagner M 1992 Phys. Rev. B 45 635

    [14]

    Chattopadhyay P P, Nambissan P, Pabi S K, Manna I 2001 Phys. Rev. B 63 054107

    [15]

    Song X Y, Zhang J X, Li L M, Yang K Y, Liu G Q 2006 Acta Mater. 54 5541

    [16]

    XuWW, Song X Y, Lu N D, Huang C H 2010 Acta Mater. 58 396

    [17]

    Rose J H, Smith J R, Ferrante J 1983 Phys. Rev. B 28 1835

    [18]

    Rose J H, Smith J R, Guinea F, Ferrante J 1984 Phys. Rev. B 29 2936

    [19]

    Vinet P, Smith J R, Ferrante J, Rose J H 1987 Phys. Rev. B 35 1945

    [20]

    Vinet P, Ferrante J, Smith J R, Rose J H 1986 J. Phys. C 19 L467

    [21]

    Kittel C 1996 Introduction to Solid State Physics (New York: John Wiley & Sons)

    [22]

    XuWW, Song X Y, Li E D,Wei J, Zhang J X 2009 J. Appl. Phys. 105 104310

    [23]

    Song X Y, Gao J P, Zhang J X 2005 Acta Phys. Sin. 54 1313 (in Chinese) [宋晓艳, 高金萍, 张久兴 2005 物理学报 54 1313]

    [24]

    XuWW, Song X Y, Zhang Z X 2010 Appl. Phys. Lett. 97 181911

    [25]

    Song X Y, Liu G Q, He Y Z 1998 Prog. Nat. Sci. 8 92

    [26]

    Song X Y, Liu G Q 1998 Scr. Mater. 38 1691

    [27]

    Song X Y, Liu G Q 1999 J. Mater. Sci. 34 2433

    [28]

    Xu W W, Song X Y, Li E D, Wei J, Li L M 2009 Acta Phys. Sin. 58 3280 (in Chinese) [徐文武, 宋晓艳, 李尔东, 魏君, 李凌梅 2009 物理学报 58 3280]

  • [1]

    Sun J B, Han D, Cui C X, Yang W, Li L, Yang F, Yang L G 2010 Intermetallics 18 599

    [2]

    Li A H, Dong S Z, LiW2002 Acta Phys. Sin. 51 2320 (in Chinese) [李安华, 董生智, 李卫 2002 物理学报 51 2320]

    [3]

    Gutfleisch O, Müller K H, Khlopkov K, Wolf M, Yan A, Schäfer R, Gemming T, Schultz L 2006 Acta Mater. 54 997

    [4]

    Zhang C W, Li H, Dong J M, Wang Y J, Pan F C 2005 Acta Phys. Sin. 54 1814 (in Chinese) [张昌文, 李华, 董建敏, 王永娟, 潘凤春 2005 物理学报 54 1814]

    [5]

    Sun J B, Han D, Cui C X, Yang W, Li L, Yang F 2009 Acta Mater. 57 2845

    [6]

    Guo Y Q, Li W, Feng W C, Luo J, Liang J K, He Q J 2005 Appl. Phys. Lett. 86 192513

    [7]

    Wang W Q, Wang J L, Tang N, Bao F Q, Wu G H, Yang F M, Jin H M 2001 Acta Phys. Sin. 50 752 (in Chinese) [王文全, 王建立, 唐宁, 包富泉, 吴光恒, 杨伏明, 金汉民 2001 物理学报 50 752]

    [8]

    Song X Y, Zhang J X, Yue M, Li E D, Zeng H, Lu N D, Zhou M L, Zuo T Y 2006 Adv. Mater. 18 1210

    [9]

    Song X Y, Liu X M, Zhang J X 2006 J. Am. Ceram. Soc. 89 494

    [10]

    Zhang Z X, Song X Y, Xu W W 2010 Scr. Mater. 62 594

    [11]

    Gleiter H 2000 Acta Mater. 48 1

    [12]

    Feth H J 1990 Phys. Rev. Lett. 65 610

    [13]

    Wagner M 1992 Phys. Rev. B 45 635

    [14]

    Chattopadhyay P P, Nambissan P, Pabi S K, Manna I 2001 Phys. Rev. B 63 054107

    [15]

    Song X Y, Zhang J X, Li L M, Yang K Y, Liu G Q 2006 Acta Mater. 54 5541

    [16]

    XuWW, Song X Y, Lu N D, Huang C H 2010 Acta Mater. 58 396

    [17]

    Rose J H, Smith J R, Ferrante J 1983 Phys. Rev. B 28 1835

    [18]

    Rose J H, Smith J R, Guinea F, Ferrante J 1984 Phys. Rev. B 29 2936

    [19]

    Vinet P, Smith J R, Ferrante J, Rose J H 1987 Phys. Rev. B 35 1945

    [20]

    Vinet P, Ferrante J, Smith J R, Rose J H 1986 J. Phys. C 19 L467

    [21]

    Kittel C 1996 Introduction to Solid State Physics (New York: John Wiley & Sons)

    [22]

    XuWW, Song X Y, Li E D,Wei J, Zhang J X 2009 J. Appl. Phys. 105 104310

    [23]

    Song X Y, Gao J P, Zhang J X 2005 Acta Phys. Sin. 54 1313 (in Chinese) [宋晓艳, 高金萍, 张久兴 2005 物理学报 54 1313]

    [24]

    XuWW, Song X Y, Zhang Z X 2010 Appl. Phys. Lett. 97 181911

    [25]

    Song X Y, Liu G Q, He Y Z 1998 Prog. Nat. Sci. 8 92

    [26]

    Song X Y, Liu G Q 1998 Scr. Mater. 38 1691

    [27]

    Song X Y, Liu G Q 1999 J. Mater. Sci. 34 2433

    [28]

    Xu W W, Song X Y, Li E D, Wei J, Li L M 2009 Acta Phys. Sin. 58 3280 (in Chinese) [徐文武, 宋晓艳, 李尔东, 魏君, 李凌梅 2009 物理学报 58 3280]

  • [1] 朱小芹, 胡益丰. Ge50Te50/Zn15Sb85纳米复合多层薄膜在高热稳定性和低功耗相变存储器中的应用. 物理学报, 2020, 69(14): 146101. doi: 10.7498/aps.69.20200502
    [2] 王奇, 唐法威, 侯超, 吕皓, 宋晓艳. W-In体系溶质晶界偏聚行为的第一性原理计算. 物理学报, 2019, 68(7): 077101. doi: 10.7498/aps.68.20190056
    [3] 王亚明, 刘永利, 张林. Ti纳米粒子熔化与凝结的原子尺度模拟. 物理学报, 2019, 68(16): 166402. doi: 10.7498/aps.68.20190228
    [4] 卢顺顺, 张晋敏, 郭笑天, 高廷红, 田泽安, 何帆, 贺晓金, 吴宏仙, 谢泉. 碳纳米管包裹的硅纳米线复合结构的热稳定性研究. 物理学报, 2016, 65(11): 116501. doi: 10.7498/aps.65.116501
    [5] 钱泽宇, 张林. 熔融TiAl合金纳米粒子在TiAl(001)基底表面凝结过程中微观结构演变的原子尺度模拟. 物理学报, 2015, 64(24): 243103. doi: 10.7498/aps.64.243103
    [6] 张娇娇, 辛子华, 张计划, 颜笑, 邓密海. α-碳锗炔稳定性及性质模拟. 物理学报, 2014, 63(20): 207303. doi: 10.7498/aps.63.207303
    [7] 许蓉, 贾光一, 刘昌龙. Cu, Zn离子注入SiO2纳米颗粒合成及氧气氛围下的热稳定性研究. 物理学报, 2014, 63(7): 078501. doi: 10.7498/aps.63.078501
    [8] 张章, 熊贤仲, 乙姣姣, 李金富. Al-Ni-RE非晶合金的晶化行为和热稳定性. 物理学报, 2013, 62(13): 136401. doi: 10.7498/aps.62.136401
    [9] 宋成粉, 樊沁娜, 李蔚, 刘永利, 张林. TiAl合金薄膜在冷却过程中结构变化的原子尺度计算研究. 物理学报, 2011, 60(6): 063104. doi: 10.7498/aps.60.063104
    [10] 邵琛玮, 王振华, 李艳男, 赵骞, 张林. AuCu249合金团簇热稳定性的原子尺度计算研究. 物理学报, 2011, 60(8): 083602. doi: 10.7498/aps.60.083602
    [11] 田惠忱, 刘丽, 文玉华. 立方铂纳米粒子的形状变化与熔化特性的分子动力学研究. 物理学报, 2009, 58(6): 4080-4084. doi: 10.7498/aps.58.4080
    [12] 张勇, 刘艳, 吕斌, 汤乃云, 王基庆, 张红英. 前端接触势垒高度对非晶硅和微晶硅异质结太阳电池的影响. 物理学报, 2009, 58(4): 2829-2835. doi: 10.7498/aps.58.2829
    [13] 徐送宁, 张林, 张彩碚, 祁阳. 熔融Cu55团簇在铜块体中凝固过程的分子动力学模拟. 物理学报, 2009, 58(13): 40-S46. doi: 10.7498/aps.58.40
    [14] 刘美林, 张宗宁, 李蔚, 赵骞, 祁阳, 张林. MgO(001)表面上沉积MgO薄膜过程的分子动力学模拟. 物理学报, 2009, 58(13): 199-S203. doi: 10.7498/aps.58.199
    [15] 张凯旺, 孟利军, 李 俊, 刘文亮, 唐 翌, 钟建新. 碳纳米管内金纳米线的结构与热稳定性. 物理学报, 2008, 57(7): 4347-4355. doi: 10.7498/aps.57.4347
    [16] 胡志华, 廖显伯, 刁宏伟, 夏朝凤, 许 玲, 曾湘波, 郝会颖, 孔光临. 非晶硅太阳电池光照J-V特性的AMPS模拟. 物理学报, 2005, 54(5): 2302-2306. doi: 10.7498/aps.54.2302
    [17] 郝会颖, 孔光临, 曾湘波, 许 颖, 刁宏伟, 廖显伯. 非晶/微晶两相硅薄膜电池的计算机模拟. 物理学报, 2005, 54(7): 3370-3374. doi: 10.7498/aps.54.3370
    [18] 郑小平, 张佩峰, 刘 军, 贺德衍, 马健泰. 薄膜外延生长的计算机模拟. 物理学报, 2004, 53(8): 2687-2693. doi: 10.7498/aps.53.2687
    [19] 胡国琦, 张训生, 鲍德松, 唐孝威. 二维颗粒流通道宽度效应的分子动力学模拟. 物理学报, 2004, 53(12): 4277-4281. doi: 10.7498/aps.53.4277
    [20] 胡志华, 廖显伯, 曾湘波, 徐艳月, 张世斌, 刁宏伟, 孔光临. 纳米硅(nc-Si:H )/晶体硅(c-Si)异质结太阳电池的数值模拟分析. 物理学报, 2003, 52(1): 217-224. doi: 10.7498/aps.52.217
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出版历程
  • 收稿日期:  2011-01-08
  • 修回日期:  2011-04-14
  • 刊出日期:  2012-01-05

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