原子模拟研究铍<11(2)0>对称倾侧晶界的能量与结构特性

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作   者：

王慧明;  金剑锋;  王东新;  许德美;  郭凯琪;  杨培军;  秦高梧; 

作者机构：

北方民族大学材料科学与工程学院;  东北大学材料科学与工程学院;  西北稀有金属材料研究院宁夏有限公司; 

关键词：

分子动力学;  晶界能;  各向异性;  对称倾侧晶界;  金属铍; 

期刊名称：

材料导报

i s s n：

1005-023X

年卷期：

2025 年 39 卷 004 期

页   码：

179-185

摘   要：

铍(Be)具有优异的物理、力学等性能,在航空航天、国防、核工业等关键领域发挥了非常重要的作用.但金属铍(α-Be)是密排六方结构晶体,其结构的各向异性对力学性能会产生显著的影响,限制了铍的应用.本研究首先构建出<11(2)0>对称倾侧晶界(STGB)的原子模型,通过分子动力学方法模拟计算出不同倾侧角(2θ)的晶界能(ESTGB),并分析几种典型界面的原子结构,从而探索铍中倾侧晶界随θ角度变化的各向异性特点.研究发现:当θ在0~90°内变化时,根据晶界能的变化规律,可将θ划分为六个区域.对于小角度晶界区(0°15°),结果显示(10(1)3)、(10(1)2)、(10(1)1)孪晶及(2021)倾侧晶界对应的ESTGB较低;晶界能最低点对应(10(1)3)孪晶(θ=31.11°),其值为 289 mJ/m2,其次是(10(1)1)孪晶(θ=61.09°),为 336 mJ/m2,然后是(10(1)2)孪晶(θ=42.15°),为 536 mJ/m2,最后是(20(2)1)倾侧晶界(θ=74.56°),为582 mJ/m2.进一步分析界面原子结构发现,三种孪晶平面和(20(2)1)晶界平面的原子结构和能量均呈周期性排布;当θ在这四个角度附近小幅变化时,界面的特征变化显著.最后,对比密排六方结构金属铍、镁、钛的<11(2)0>对称倾侧晶界能量的模拟结果,发现其晶界能随θ变化的趋势相似,但铍对应的晶界能明显高于钛和镁.上述结果可为高效地开发铍及其合金提供理论参考和设计思路.