。1130 北京科技大学学报 第31卷 图5Cu体系在600K下不同时刻的瞬时结构.(a)1=20ps(b)t=40ps:(g仁60ps(山1=80p(=100ps:(0=110ps Fig 5 Instant aneous structures at different time in simulated Cu at 600K:(a)t=20ps;(b)=40ps;(c)t=60ps;d)=80ps;(e)=100ps: (01=110ps 24局域短程有序结构 体中存在大量的1661和1441键对：HCP型晶体则 为研究固液相变前后系统短程有序结构变化的 以1422和1421型键对为特征键.在计算过程中， 细节，采用Honeycutt-Andersen(H一A)键对分析技 采用了等近邻(12配位)搜索方法，即认为每个原子 术列统计了体系中各相邻原子间的键型指数.在典 都与和它最近的12个原子成键.图6示出了Cu结 型液态或非晶态中，1551、1541和1431键对大量存 构在600K下演变过程中几种键型的数量变化. 在：FCC型晶体以1421键对为特征键对：BCC型晶 90 32 (a) (b) 1421 1431 24 50 45 16 1541 1551 15 0020 0 406080100120 020406080100120 020406080100120 时间ps 时间ps 时间ps 图6Cu液态结构在600K下演变过程中几种键型数量的变化 Fig 6 Change of bond pairs at different time in simulated Cu at 600K 图6(a与(b)中示出的1421和1551键分别是 40ps时间内，即一维成核阶段，此后逐渐减少.因为 FCC晶体短程序和非晶与准晶中二十面体短程序 1441键与缺陷二十面体联系较为密切，而与FCC 中的键对类型，1421键在等温凝固过程中不断增 短程序中1421键的相互转变则相对困难0，于是 多，而1551键的数量变化趋势则与之相反.1431和 在结晶的最初阶段即一维成核阶段内发生的是 1541这两种过渡键型是与畸变FCC短程序关系极 1551键向1441键的转化：而1441键向1421键的 为密切的键型，它们的相对数量在60ps左右（即二 转化则主要发生在二维成核阶段，即40~60ps时间 维排列形成阶段)突然减少，其中1431键在数量突 段内. 变之前己经呈现缓慢减少的趋势，而1541键在数量 突变之前的变化相对不明显.1541键不仅容易与 3结论 1421键相互转变0，与FCC短程有序结构有联系， (I)液态C快速冷却至不同温度凝固所得到 而且与1551键型以及缺陷二十面体结构也联系密 的结构有区别，在低温区域等温凝固时会得到非晶 切.在结构演变过程中，很可能有大量1551键先向 结构，而在较高温度则会得到过冷液体结构，只有在 1541键转化，而1541键本身则是向1421键转化 适当温度下才能模拟得到晶态结构. 的，因此在二维排列形成之前，1551键持续减少而 (2)在等温凝固过程中，初始三维结构的形成 1541键没有发生明显减少.在60ps以后，这两种键 可能主要依赖于C山原子在两个方向上的扩散和弛 型的变化趋势己经非常一致，而此时体系中1551键 豫，即先后形成一维排列和二维排列，然后再向三维 的数量己经很少 排列过渡. 图6(c则比较清楚地反映了1441键数量在Cu (3)凝固结晶相变过程中1551键先向1541键 过冷液体凝固晶化的相变过程中随时间增加先增加 转化，1441键对数量在Cu过冷液体凝固晶化的相 后减小的趋势.1441键的增加主要发生在20~ 变过程中随时间增加先增加后减小.图 5 Cu 体系在 600K 下不同时刻的瞬时结构.( a) t =20 ps;( b) t =40 ps;( c) t =60 ps;( d) t =80 ps;( e) t =100 ps;( f) t =110 ps Fig.5 Inst ant aneous structures at different time in simulated Cu at 600K :( a) t =20 ps;( b) t =40ps;( c) t =60 ps;( d) t =80 ps;( e) t =100ps; ( f) t =110 ps 2.4 局域短程有序结构 为研究固液相变前后系统短程有序结构变化的 细节, 采用 Honeycutt-Andersen ( H —A) 键对分析技 术[ 9] 统计了体系中各相邻原子间的键型指数.在典 型液态或非晶态中, 1551 、1541 和 1431 键对大量存 在;FCC 型晶体以 1421 键对为特征键对 ;BCC 型晶 体中存在大量的 1661 和 1441 键对 ;HCP 型晶体则 以 1422 和 1421 型键对为特征键.在计算过程中, 采用了等近邻( 12 配位) 搜索方法, 即认为每个原子 都与和它最近的 12 个原子成键 .图 6 示出了 Cu 结 构在 600 K 下演变过程中几种键型的数量变化 . 图 6 Cu 液态结构在 600 K 下演变过程中几种键型数量的变化 Fig.6 Change of bond pairs at diff eren t time in simulated Cu at 600K 图 6( a) 与( b) 中示出的 1421 和 1551 键分别是 FCC 晶体短程序和非晶与准晶中二十面体短程序 中的键对类型, 1421 键在等温凝固过程中不断增 多, 而 1551 键的数量变化趋势则与之相反 .1431 和 1541 这两种过渡键型是与畸变 FCC 短程序关系极 为密切的键型, 它们的相对数量在 60 ps 左右( 即二 维排列形成阶段) 突然减少, 其中 1431 键在数量突 变之前已经呈现缓慢减少的趋势, 而 1541 键在数量 突变之前的变化相对不明显.1541 键不仅容易与 1421 键相互转变[ 10] , 与 FCC 短程有序结构有联系, 而且与 1551 键型以及缺陷二十面体结构也联系密 切.在结构演变过程中, 很可能有大量 1551 键先向 1541 键转化, 而 1541 键本身则是向 1421 键转化 的, 因此在二维排列形成之前, 1551 键持续减少而 1541 键没有发生明显减少 .在 60ps 以后, 这两种键 型的变化趋势已经非常一致, 而此时体系中 1551 键 的数量已经很少 . 图 6( c) 则比较清楚地反映了 1441 键数量在 Cu 过冷液体凝固晶化的相变过程中随时间增加先增加 后减小的趋势 .1441 键的增加主要发生在20 ～ 40 ps时间内, 即一维成核阶段, 此后逐渐减少 .因为 1441 键与缺陷二十面体联系较为密切, 而与 FCC 短程序中 1421 键的相互转变则相对困难[ 10] , 于是 在结晶的最初阶段即一维成核阶段内发生的是 1551 键向 1441 键的转化 ;而 1441 键向 1421 键的 转化则主要发生在二维成核阶段, 即 40 ～ 60 ps 时间 段内. 3 结论 ( 1) 液态 Cu 快速冷却至不同温度凝固所得到 的结构有区别, 在低温区域等温凝固时会得到非晶 结构, 而在较高温度则会得到过冷液体结构, 只有在 适当温度下才能模拟得到晶态结构. ( 2) 在等温凝固过程中, 初始三维结构的形成 可能主要依赖于 Cu 原子在两个方向上的扩散和弛 豫, 即先后形成一维排列和二维排列, 然后再向三维 排列过渡. ( 3) 凝固结晶相变过程中 1551 键先向 1541 键 转化, 1441 键对数量在 Cu 过冷液体凝固晶化的相 变过程中随时间增加先增加后减小. · 1130 · 北 京 科 技 大 学 学 报 第 31 卷