第 31卷 第 3 期
原子与分子物理学报 Vol&31 No&3
2014 年 6 月 JOURNAL OF ATOMIC AND MOLECULAR PHYSICS Jun. 2014
doi： 103969/j. issn. 1000-0364.2014.03.009
不同冷速对金属铜Cu凝固过程中微观团簇
结构演变影响的模拟研究
易学华！ 卜寿亮！钟庆湖！ 陈书汉！ 陈泗凯
(嘉应学院物理与光信息科技学院，梅州514015)
摘 要 ：采用分子动力学方法和Quantum Sutton-Chen(Q-SC)多体势对由5 万个液态金属铜（Cu)原子构
成的系统在三个不同冷却速率下的凝固过程中微观团簇结构转变的影响进行了模拟研究.运用双体分布
函数、Honeycutt-Andersen(HA)键型指数法、原子团类型指数法（CTIM-2)和可视化分析等方法，对凝固过
程中微观团簇结构的演变特性进行了分析研究. 结果发现：由非晶体向晶体转变的临界速度约为1. 0X
1013K/s，在此冷速下系统形成非晶体和晶体以一定比例并存的混合结构；在冷速为1. 0X1014K /s冷却时
系统形成以1551、1541、1532、1431键型为主的非晶体结构，非晶转化温度约为673K;在以4. 0X1012K/s
速度冷却时，系统从673K就开始结晶，并形成以1421和1422 二种键型或由这二种键型构成的面心立方
(FCC) (12 0 0 0 12 0)和六角立方（HCP) (12 0 0 0 6 6)基本原子团为主的晶体结构，尤其是由1421键型构
成的面心立方（12 0 0 0 12 0)基本原子团在晶体生长和微观团簇结构形成过程中占主导地位. 同时发现，
冷速对金属C u系统中的FCC结构和HCP结构的相对比例有显著的影响，冷速越低，FCC基本原子团以
及由其构成的团簇结构越多.
关键词：液态金属Cu;凝固过程；微观团簇结构演变；分子动力学模拟（Q—SC多体势
中图分类号：O651 文献标识码：A 文章编号：1000-0364(2014)03-0398-09
S im u la tio n study o f the effets o f v a rio u s c o o lin g rates o n e v o lu tio n p ro p e rtie s
o f m icro-cluster s truc ture d u rin g s o lid ific a tio n processes o f liq u id m e tal C u
YI Xue-Hua, BU Shou-Liang, ZHONG Qing-Hu, CHEN Shu-Han，CHEN Si-Kai
(School of Physics and Optical Information Sciences，Jiaying University，Meizhou 514015)
Abstract ： A simulation study has been performed on the effects of microstructral transition during solidt-
fication process of 50000 liquid metal Cu atoms at three different cooling rates by adopting the molecular
dynamics method and Quantum Sutton-Chen many body potential. The pair distribution function g(r)
cures，The bond-type index method of Honeycutt-Andersen(HA) ,the cluster-type index method(CTIM-
2)and visualization anaysis have been used to analyse and study the evolution properties of micro-cluster
configurations during solidification processes. It is found that the critical cooling rate is about 1. 0 X 1013
K/s for transition from amorphous structrue to crystal structure，the crystal and amorphous mixed coex
istence structures are formed finally in the system when the cooling rate is 1. 0 X 1013 K/s. At the cooling
rate of 1.0X1014K/s,amorphous structures are formed mainly with the 1551 )541 )532 and 1431 bond-
types，and the glass transition temperature Tc is about 673K. At the cooling rate of 4. 0 X 1012 K /s, The
收稿日期：2013-12-16
基金项目：广东省自然科学基金（<2。13。1。。12。49，<2。12。1。。1。976);2。13年广东省大学生创新创业训练计划项目；广东省高等学校
学科与专业建设专项（2013LYM0084)
作者筒介：易学华（1965 —），男，江西宜春人，硕士，副教授，主要从事金属材料模拟和量子几何相位的研究及理论物理教学工作•
通讯作者：钟庆湖.E-mail ； yixuehua2004@163. com
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