5种金属高压熔化曲线的理论计算

辛杰; 向士凯; 蔡灵仓

doi:10.7498/aps.61.016401

摘要

利用从头算法确定了基于对势的平均场模型中的未知势参数, 从而确定了势函数, 然后利用得到的势函数构建平均场, 进一步计算了5种金属材料 Al, Cu, Ni, Na, K在熔点处原子振动的自由体积. 计算的结果表明, 熔化曲线上原子振动的自由体积与原子晶胞体积之比是常数这一假设并不普遍适用; 对该假设修正后可以比较准确地计算材料的熔化曲线.

关键词:

高压熔化 /
自由体积理论

Ab-initio calculation method is employed to determine the potential functions and the unknown parameters in pair-potential-based mean filed model for metals. Using the mean fields constructed from the potential functions, the vibration free volumes of atoms of metals Al, Cu, Ni, Na, and K at melting points are evaluated. The results indicate that the widely used hypothesis that the ratio of vibration free volume to the primitive cell volume of atoms in melting curve is a constant, is not correct. We provide a ratio model which can be usd to obtain much more accurate results of melting curve.

Keywords:

high-pressure melting /
free volume theory

作者及机构信息

1.
中国工程物理研究院流体物理研究所冲击波物理与爆轰物理实验室, 绵阳 621900

基金项目: 国家自然科学基金青年科学基金(批准号：10904133)、国防基础科研计划(批准号: A1520070078)和中国工程物理研究院科学技术发展基金(批准号: 2010A0101001)资助的课题.

Authors and contacts

1.
National Key Laboratory for Shock Wave and Detonation Physics, Institute of Fluid Physics, China Academy of Engineering Physics, Mianyang 621900, China

Funds: Project supported by the Young Scientists Fund of the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 10904133), the National Defense Basic Scientific Research Program of China (Grant No. A1520070078), and the Science and Technology Development Foundation of China Academy of Engineering Physics (Grant No. 2010A0101001).

参考文献

[1]	Errandonea D, Somayazulu M, Hausermann D, Mao H K 2003 J. Phys.: Condens Matter 15 7635
[2]	Dewaele A, Mezouar M, Guignot N, Loubeyre P 2010 Phys. Rev. Lett. 104 255701
[3]	Dai C D, Hu J B, Tan H 2009 J. Appl. Phys. 106 043519
[4]	Partouche S D, Pelissier J L, Abeyta F G 2005 J. Appl. Phys. 97 2178
[5]	Ross M, Boehler R, Japel S 2006 J. Phys. Chem. Solids 67 2178
[6]	Alfè D 2009 Phys. Rev. B 79 060101
[7]	Bouchet J, Bottin F, Jomard G, Zérah G 2009 Phys. Rev. B 80 094102
[8]	Vocadlo L, Alfè D 2002 Phys. Rev. B 65 214105
[9]	Wang Y, Ahuja R, Johansson B 2001 Phys. Rev. B 65 014104
[10]	Ji G F, Zhang Y L, Cui H L, Li X F, Zhao F, Meng C M, Song Z F 2009 Acta Phys. Sin. 58 4103 (in Chinese) [姬广富, 张艳丽, 崔红玲, 李晓凤, 赵峰, 孟川民, 宋振飞 2009 物理学报 58 4103]
[11]	Cazorla C, Gillan M J 2007 J. Chem. Phys. 126 194502
[12]	Lindemann F A 1910 Phys. Z. 11 609
[13]	Ross M 1969 Phys. Rev. 184 233
[14]	Burakovsky L, Preston D L, Silbar R R 2000 Phys. Rev. B 61 15011
[15]	Chen D Q, Li M S, Cai L C 2001 Chin. J. High Pressure Phys. 15 81 (in Chinese) [陈栋泉, 李茂生, 蔡灵仓 2001 高压物理学报 15 81]
[16]	Martin C J, O’Connor D A 1977 Solid State Phys. 10 3521
[17]	Luo S N, Strachan A, Swift D C 2005 J. Chem. Phys. 122 194709
[18]	Xiang S K, Cai L C, Jing F Q, Wang S J 2005 Phys. Rev. B 72 184102
[19]	Xiang S K, Cai L C, Jing F Q, Wang S J 2004 Phys. Rev. B 70 174102
[20]	Xiang S K, Cai L C, Jing F Q, Wang S J 2005 Chin. Phys. Lett. 22 424
[21]	Rose J H, Smith J R, Guinea F, Ferrante J 1984 Phys. Rev. B 29 2963
[22]	Birch F 1978 J. Geophys. Res. 83 1257
[23]	Dugdal J S, MacDonald D K C 1953 Phys. Rev. 89 832
[24]	Kresse G, Furthmüller J 1996 Phys. Rev. B 54 11169
[25]	Perdew J P, Burke K, Ernzerhof M 1996 Phys. Rev. Lett. 77 3865
[26]	Blöchl P E 1994 Phys. Rev. B 50 17953
[27]	Kresse G, Joubert D 1999 Phys. Rev. B 59 1758
[28]	Hänström A, Lazor P 2000 J. Alloy. Compd. 305 209
[29]	Boehler R, Ross M 1997 Earth Planet Sci. Lett. 153 223
[30]	Mirward P W, Kennedy G C 1979 J. Geophys. Res. 84 6750
[31]	Belonoshko A B, Ahuja R, Eriksson O 2000 Phys. Rev. B 61 3838
[32]	Zhang L Y, Dai C D, Xu C H, Tan H 2005 Chin. J. High Pressure Phys. 19 365 (in Chinese) [张凌云, 戴诚达, 许灿华, 谭华 2005 高压物理学报 19 365]
[33]	Lazor P 1994 Ph. D. Dissertation (Uppsala: Uppsala University)
[34]	Zha C S, Boehler R 1985 Phys. Rev. B 31 3199
[35]	Gregoryanz E, Degtyareva O, Somayazulu M, Hemley R J, Mao H K 2005 Phys. Rev. Lett. 94 185502
[36]	Japel S, Schwager B, Boehler R, Ross M 2005 Phys. Rev. Lett. 95 167801
[37]	Wang Z W, Lazor P, Saxena S K 2001 Physica B 293 408
[38]	Kechin V V 2001 Phys. Rev. B 65 052102

施引文献

[1]	Errandonea D, Somayazulu M, Hausermann D, Mao H K 2003 J. Phys.: Condens Matter 15 7635
[2]	Dewaele A, Mezouar M, Guignot N, Loubeyre P 2010 Phys. Rev. Lett. 104 255701
[3]	Dai C D, Hu J B, Tan H 2009 J. Appl. Phys. 106 043519
[4]	Partouche S D, Pelissier J L, Abeyta F G 2005 J. Appl. Phys. 97 2178
[5]	Ross M, Boehler R, Japel S 2006 J. Phys. Chem. Solids 67 2178
[6]	Alfè D 2009 Phys. Rev. B 79 060101
[7]	Bouchet J, Bottin F, Jomard G, Zérah G 2009 Phys. Rev. B 80 094102
[8]	Vocadlo L, Alfè D 2002 Phys. Rev. B 65 214105
[9]	Wang Y, Ahuja R, Johansson B 2001 Phys. Rev. B 65 014104
[10]	Ji G F, Zhang Y L, Cui H L, Li X F, Zhao F, Meng C M, Song Z F 2009 Acta Phys. Sin. 58 4103 (in Chinese) [姬广富, 张艳丽, 崔红玲, 李晓凤, 赵峰, 孟川民, 宋振飞 2009 物理学报 58 4103]
[11]	Cazorla C, Gillan M J 2007 J. Chem. Phys. 126 194502
[12]	Lindemann F A 1910 Phys. Z. 11 609
[13]	Ross M 1969 Phys. Rev. 184 233
[14]	Burakovsky L, Preston D L, Silbar R R 2000 Phys. Rev. B 61 15011
[15]	Chen D Q, Li M S, Cai L C 2001 Chin. J. High Pressure Phys. 15 81 (in Chinese) [陈栋泉, 李茂生, 蔡灵仓 2001 高压物理学报 15 81]
[16]	Martin C J, O’Connor D A 1977 Solid State Phys. 10 3521
[17]	Luo S N, Strachan A, Swift D C 2005 J. Chem. Phys. 122 194709
[18]	Xiang S K, Cai L C, Jing F Q, Wang S J 2005 Phys. Rev. B 72 184102
[19]	Xiang S K, Cai L C, Jing F Q, Wang S J 2004 Phys. Rev. B 70 174102
[20]	Xiang S K, Cai L C, Jing F Q, Wang S J 2005 Chin. Phys. Lett. 22 424
[21]	Rose J H, Smith J R, Guinea F, Ferrante J 1984 Phys. Rev. B 29 2963
[22]	Birch F 1978 J. Geophys. Res. 83 1257
[23]	Dugdal J S, MacDonald D K C 1953 Phys. Rev. 89 832
[24]	Kresse G, Furthmüller J 1996 Phys. Rev. B 54 11169
[25]	Perdew J P, Burke K, Ernzerhof M 1996 Phys. Rev. Lett. 77 3865
[26]	Blöchl P E 1994 Phys. Rev. B 50 17953
[27]	Kresse G, Joubert D 1999 Phys. Rev. B 59 1758
[28]	Hänström A, Lazor P 2000 J. Alloy. Compd. 305 209
[29]	Boehler R, Ross M 1997 Earth Planet Sci. Lett. 153 223
[30]	Mirward P W, Kennedy G C 1979 J. Geophys. Res. 84 6750
[31]	Belonoshko A B, Ahuja R, Eriksson O 2000 Phys. Rev. B 61 3838
[32]	Zhang L Y, Dai C D, Xu C H, Tan H 2005 Chin. J. High Pressure Phys. 19 365 (in Chinese) [张凌云, 戴诚达, 许灿华, 谭华 2005 高压物理学报 19 365]
[33]	Lazor P 1994 Ph. D. Dissertation (Uppsala: Uppsala University)
[34]	Zha C S, Boehler R 1985 Phys. Rev. B 31 3199
[35]	Gregoryanz E, Degtyareva O, Somayazulu M, Hemley R J, Mao H K 2005 Phys. Rev. Lett. 94 185502
[36]	Japel S, Schwager B, Boehler R, Ross M 2005 Phys. Rev. Lett. 95 167801
[37]	Wang Z W, Lazor P, Saxena S K 2001 Physica B 293 408
[38]	Kechin V V 2001 Phys. Rev. B 65 052102

[1]	雷振帅, 孙小伟, 刘子江, 宋婷, 田俊红. 氮化镓相图预测及其高压熔化特性研究. 物理学报, 2022, 71(19): 198102. doi: 10.7498/aps.71.20220510
[2]	陈基, 冯页新, 李新征, 王恩哥. 基于路径积分分子动力学与热力学积分方法的高压氢自由能计算. 物理学报, 2015, 64(18): 183101. doi: 10.7498/aps.64.183101
[3]	谭叶, 俞宇颖, 戴诚达, 于继东, 王青松, 谭华. 金属Bi的卸载熔化实验研究. 物理学报, 2013, 62(3): 036401. doi: 10.7498/aps.62.036401
[4]	陈元正, 李硕, 李亮, 门志伟, 李占龙, 孙成林, 里佐威, 周密. HoVO4相变的高压拉曼光谱和理论计算研究. 物理学报, 2013, 62(24): 246101. doi: 10.7498/aps.62.246101
[5]	胡勇, 闫红红, 林涛, 李金富, 周尧和. 退火态Zr55Al10Ni5Cu30块体非晶合金在轧制过程中的自由体积演化. 物理学报, 2012, 61(8): 087102. doi: 10.7498/aps.61.087102
[6]	宋萍, 王青松, 戴诚达, 蔡灵仓, 张毅, 翁继东. 低孔隙度疏松铝的高压声速与冲击熔化. 物理学报, 2011, 60(4): 046201. doi: 10.7498/aps.60.046201
[7]	林洁, 刘绍军, 李融武, 祝文军. 自由能方法与零压下Al的熔化温度. 物理学报, 2008, 57(1): 61-66. doi: 10.7498/aps.57.61
[8]	蒋中英, 郁伟中, 黄彦君, 夏元复, 马淑新. SMMA/SMA共聚物共混物的自由体积的热动态特性与相分离行为的PALS研究. 物理学报, 2006, 55(6): 3136-3140. doi: 10.7498/aps.55.3136
[9]	蒋中英, 郁伟中, 赵永富, 蒋锡群, 夏元复. 60Co的γ辐照对SB的自由体积和微结构的影响的PALS和FT-IR的研究. 物理学报, 2006, 55(7): 3743-3747. doi: 10.7498/aps.55.3743
[10]	吕梦雅, 陈洲文, 李立新, 刘日平, 王文魁. 3C-SiC高压相变的理论研究. 物理学报, 2006, 55(7): 3576-3580. doi: 10.7498/aps.55.3576
[11]	冉宪文, 汤文辉, 谭华, 戴诚达. 考虑材料熔化潜热的高温高压本构. 物理学报, 2006, 55(6): 2852-2855. doi: 10.7498/aps.55.2852
[12]	李工, 孙懿楠, 高云鹏, 张新宇, 罗丛举, 刘日平. 高压Ni77P23非晶合金自由体积变化的同步辐射研究. 物理学报, 2006, 55(10): 5394-5397. doi: 10.7498/aps.55.5394
[13]	蒋中英, 郁伟中, 夏元复. 三嵌段共聚物SEBS中自由体积行为的温度及e+辐照时间依赖性的研究. 物理学报, 2005, 54(7): 3434-3438. doi: 10.7498/aps.54.3434
[14]	宗兆翔, 杜磊, 庄奕琪, 何亮, 吴勇. 超大规模集成电路互连电迁移自由体积电阻模型. 物理学报, 2005, 54(12): 5872-5878. doi: 10.7498/aps.54.5872
[15]	李宏年, 池元斌, 王立中, 刘慎薪, 徐亚伯. GdOBr∶Eu晶场参数与自由离子参数的高压研究. 物理学报, 1997, 46(4): 702-714. doi: 10.7498/aps.46.702
[16]	赵东焕, 雷仕湛. 自由电子激光辐射场的经典理论分析. 物理学报, 1996, 45(2): 192-200. doi: 10.7498/aps.45.192
[17]	林东, 王少阶. 用正电子湮没研究高聚物聚甲基丙烯酸甲脂的结构转变与自由体积特性. 物理学报, 1992, 41(4): 668-674. doi: 10.7498/aps.41.668
[18]	张世昌. Raman自由电子激光实验的理论分析. 物理学报, 1988, 37(10): 1684-1689. doi: 10.7498/aps.37.1684
[19]	尹元昭. 自由电子激光放大器的理论分析. 物理学报, 1983, 32(11): 1407-1415. doi: 10.7498/aps.32.1407
[20]	谢盘海. 计算高压下金属的熔化温度、Grüneisen系数及等温压力的新公式. 物理学报, 1983, 32(8): 1086-1092. doi: 10.7498/aps.32.1086

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