碳原子在钴粘结相中的扩散系数研究
2013 材料科学基础复习题汇总
晶体缺陷习题1. 若fcc的Cu中每500个原子会失去一个，其晶格常数为0.3615nm，试求Cu的密度。
2.由于H原子可填入α-Fe的间隙位置，若每200个铁原子伴随着一个H原子，试求α-Fe密度与致密度（已知α-Fe的晶格常数0.286nm，原子半径0.1241nm；H原子半径0.036nm）。
3.MgO的密度为3.58 3g cm,其晶格常数为0.42nm，试求每个MgO单位晶胞内所含的Schottky缺陷之数目(Mg, O 的原子量分别为24.305，15.999)。
4.Fcc晶体中如下操作形成什么位错，Burgers矢量是什么？(1)抽出(111)面的一个圆片；(2)插入(110)半原子面，此面终止在(111)面上。
5.当刃型位错周围的晶体中含有(a)超平衡的空位、(b)超平衡的间隙原子、(c)低于平衡浓度的空位、(d)低于平衡浓度的间隙原子等四种情形时，该位错将怎样攀移？6.指出下图中位错环ABCDA的各段位错线是什么性质的位错？它们在外应力τxy 作用下将如何运动？在外应力σyy 作用下将如何运动?7.下图是一个简单立方晶体，滑移系统是{100}<001>。
今在(011)面上有一空位片ABCDA，又从晶体上部插入半原子片EFGH，它和(010)面平行，请分析：(1) 各段位错的柏氏矢量和位错的性质；(2) 哪些是定位错？哪些是可滑位错？滑移面是什么？(写出具体的晶面指数。
)(3) 如果沿[01]方向拉伸，各位错将如何运动？(4) 画出在位错运动过程中各位错线形状的变化，指出割阶、弯折和位错偶的位置。
(5)画出晶体最后的形状和滑移线的位置。
8. 晶体滑移面，有一圆形位错环如图所示。
问：(1) 晶体滑移面的上部晶体外加切应力方向和Burgers 矢量 同向或反向时，位错环向外滑移？(2) 位错环平衡半径和外加切应力的关系式。
9. 同一滑移面上有二段Burgers 矢量相同异号刃型位错（AB ，CD 位错线方向相反），位错线处在同一直线上，每段位错线长度x, 相距x 。
《粉末冶金材料科学与工程》2007年第12卷1-6期总目次
氧化铁 的制各方法及其应用…………………… ………………………………一 郑雅杰， 昭成（０ ７ １（） １７２４ 刘 ……一 ……… ………………………宋 畋 ， 肖代红 ， 华（０ ７ １（）２９２３ 陈康 ２ ０ ，２５：５ ．６ ）
锰在粉 末冶金材料 中的应用…………………………………一 罗述东 ， 李祖德 ， 赵慕岳 ， 易健宏（０ ７ １（）３ １ ２ １ ２０ ，２６ ：２ ． ９ ３
Ｔ． １ ｉ 金属间化合物脆性 问题 的研 究进展 Ａ
… … … … … … … … … … … … … … … … … … … …
陶辉锦 ， 彭
峰（０ ７ ｌ（）２ ５２ ０ ２ ０ ，２４ ：０ ．１）
妍（０ ７ １（）２ ２ ５ ２ ０ ，２４： １－１） １
咏， 刘祖铭， 何世文 ， 占涛（０ ７ ｌ （ ： １．２） 李 ２ ０ ，２４ ２ ６２ ０ ）
热等静压 Ｃ －ｉ ｒ 靶材 的特性及微结构研 究 Ｓ
… … … … … … … … … … … … … … … …
张世贤 ， 谭中雄 ， 李世钦 ， 黄信二 ， 何信弘 ， 薄慧￣（０ ７ １（）（７．８） ２０ ，２５： ７２ ３ ２
维普资讯
第 ｌ 卷 第 ６期 ２
Ｖ １１ ｂ ２Ｎ ｏ６ ．
粉末冶金材料科学与工程
Ｍ ａ ｅ ｉ ｌ ｃｅ ｃ ｎ ｇ ｎ ｅ ｉ ｇｏ ｗｄ ｒＭ ｅ ａ ｌ ｒ ｙ ｔ ｒ ａ ｓＳ ｉ ｎ ｅ ａ ｄ Ｅｎ ｉ ｅ ｒ ｎ ｆ Ｐｏ ｅ ｔ ｌ ｇ ｕ
材料 设计 中的结构层次理论及跨 尺度 关联问题 ………………………………一 陶辉 锦， 尹 纳米 ＳＯ 复合材料研 究进展… ………………………………………… ｉ２ 江 健（０ ７ １（）２４２ １ ２ ０ ，２５：６ ．７１
安徽工业大学材料科学基础(上)试题答案
安徽工业大学材料科学基础作业整理整理人：季承玺晶体结构习题1、试计算面心立方晶体的(100)，(110)，(111)，等晶面的面间距和面致密度，并指出面间距最大的面。
2、Cr的晶格常数a=0.28844nm，密度为ρ=7.19g/cm3，试确定此时Cr的晶体结构。
bcc结构。
3、.MgO具有NaCl型结构。
Mg2+的离子半径为0.078nm，O2-的离子半径为0.132nm。
试求MgO的密度(ρ)、致密度(k)。
ρ=3.613(g/cm 3)，K=0.6274、试计算金刚石结构的致密度(答案在《材料科学基础辅导与习题P77 第2-37题)K=0.345、已知Cd,Zn,Sn,Sb 等元素在Ag 中的固熔度（摩尔分数）极限分别为210/5.42-=Cd x ，210/20-=Zn x ，210/12-=Sn x ，210/7-=Sb x ，它们的原子直径分别为0.3042nm ，0.314nm ，0.316nm ，0.3228nm ，Ag 为0.2883nm 。
试分析其固熔度（摩尔分数）极限差别的原因，并计算它们在固熔度（摩尔分数）极限时的电子浓度。
在原子尺寸因素相近的情况下，上述元素在Ag 中的固熔度(摩尔分数)受原子价因素的影响，即价电子浓度e/a 是决定固熔度(摩尔分数)的一个重要因素。
它们的原子价分别为2，3，4，5价，Ag 为1价，相应的极限固熔度时的电子浓度可用公式c ＝Z A (1一x B )＋Z B x B 计算。
式中，Z A ，Z B 分别为A ，B 组元的价电子数；x B 为B 组元的摩尔分数。
上述元素在固溶度(摩尔分数)极限时的电子浓度分别为1.43，1.42，1.39，1.31注意以上答案和下面的有点冲突，，哪个对哪个错。
自己比较6、试分析H 、N 、C 、B 在-αFe 和-γFe 中形成固熔体的类型、存在位置和固溶度（摩尔分数）。
各元素的原子半径如下：H 为0.046nm ，N 为0.071nm ，C 为0.077nm ，B 为0.091nm ，-αFe 为0.124nm ， -γFe 为0.126 nm 。
材料科学基础智慧树知到答案章节测试2023年聊城大学
第一章测试1.立方晶体中（110）和（211）面同属于晶带A:[-111]B:[110]C:[100]D:[211]答案:A2.对面心立方晶体暴露在晶体外表面最可能的晶面是A:（111）B:（110）C:（100）答案:A3.对于体心立方格子，下列那组不属于等效晶面？A:（-1-1-1）（-11-1）（1-11）（1-11）B:（210）（20-1）（10-2）（112）C:（00-1）（010）（-100）D:（1-10）（10-1）（0-11）（-1-10）答案:B4.A、B两晶体，如果它们A:晶体结构相同，则两者的空间点阵相同B:晶体结构相同，则两者的点阵常数相同C:空间点阵相同，则两者的晶体结构相同D:所属的晶系相同，则两者的晶体结构相同答案:A5.密排六方和面心立方均属密排结构，他们的不同点是A:原子密排面的堆垛方式不同B:晶胞选取方式不同C:原子配位数不同D:密排面上，原子排列方式不同答案:A第二章测试1.晶体中的线缺陷包括A:晶界B:螺型位错C:混合位错D:刃型位错答案:BCD2.不能发生攀移运动的位错是A:弗兰克不全位错B:刃型位错C:肖克莱不全位错答案:C3.当在Al2O3中引入MgO杂质时，如果镁离子代替铝离子，可能出现那种点缺陷类型？A:氧间隙B:氧空位C:镁间隙D:铝空位答案:B4.刃型位错和刃型位错的交割只能形成新的刃型位错。
A:错B:对答案:A5.正应力对螺型位错运动没有影响。
A:对B:错答案:A第三章测试1.影响扩散的因素包括A:温度和化学成分B:应力作用C:固溶体类型D:晶体结构和晶体缺陷答案:ABCD2.置换固溶体的扩散系数比间隙固溶体的扩散系数大。
A:对B:错答案:B3.碳在a-Fe中的扩散系数大于碳在g-Fe中扩散系数，因此需在a-Fe中进行渗碳处理。
A:错B:对答案:A4.将界面处放置Mo丝作为标记的Cu和Al组成的扩散偶，置于合适温度下进行扩散，Mo丝标记将向哪个方向运动？A:不动B:向Al组元方向移动C:向Cu组元方向移动答案:B5.原子扩散距离与扩散时间的平方根成正比。
材料科学基础作业-2011(1) (1)
8、已知在（1－11）面上，a [－1－10]/2→a[－2－1 1]/6+a[－1－2－1]/6，在(111)面上，
a [1－10]/2→a[2－1－1]/6+a[1－2 1]/6，即领先位错a[－2－1 1]/6、a[2－1－1]/6在滑移面交线处合成为一个新的位错，计算生成位错的l、b，并讨论新生成位错的可动性？
解：刃位错的位错线在滑移面上且垂直与柏氏矢量，故
位错线矢量[uvw][111]=0；且[uvw][10T]=0,
故位错线矢量[uvw]=[1-21]]
螺位错的位错线//伯氏矢量，故位错线矢量[uvw]=[10T]
2、如图所示为一个简单立方晶体，滑移系统是{100}<001>。今在（011）面上有一空位片ABCDA，又从晶体上部插入半原子片EFGH，它和（010）面平行，请分析：
d{001}= a/2，d｛011｝= a , d｛111｝= a/
5、求金刚石的致密度？
解：根据金刚石的晶体结构可知：
，d=2r
6、已知Mg是hcp结构，且轴比c/a=1.624，体密度ρv=1.74g/cm^2，问a、c、原子半径r和Mg的致密度各多少？
解：
7、分别计算CsCl、NaCl、ZnS的理论密度和致密度。
(1)、画出这2个F-R源增殖时的逐步过程，二者发生交互作用时，会发生什么情况？
(2)、若2位错是异号位错时，情况又会怎样？
7、证明面心立方结构中，如果a[100]位错是纯螺位错，下式的反应是可行的：a [110]/2+
a[1－10 ]/2→a[100]。如果是纯刃位错则是不可行的。若a[110]/2位错滑移运动，上式反应
被MgO层隔离开的Ni和Ta扩散偶
2013 材料科学基础复习题汇总
晶体缺陷习题1. 若fcc的Cu中每500个原子会失去一个，其晶格常数为0.3615nm，试求Cu的密度。
2.由于H原子可填入α-Fe的间隙位置，若每200个铁原子伴随着一个H原子，试求α-Fe密度与致密度（已知α-Fe的晶格常数0.286nm，原子半径0.1241nm；H原子半径0.036nm）。
3.MgO的密度为3.58 3g cm,其晶格常数为0.42nm，试求每个MgO单位晶胞内所含的Schottky缺陷之数目(Mg, O 的原子量分别为24.305，15.999)。
4.Fcc晶体中如下操作形成什么位错，Burgers矢量是什么？(1)抽出(111)面的一个圆片；(2)插入(110)半原子面，此面终止在(111)面上。
5.当刃型位错周围的晶体中含有(a)超平衡的空位、(b)超平衡的间隙原子、(c)低于平衡浓度的空位、(d)低于平衡浓度的间隙原子等四种情形时，该位错将怎样攀移？6.指出下图中位错环ABCDA的各段位错线是什么性质的位错？它们在外应力τxy 作用下将如何运动？在外应力σyy 作用下将如何运动?7.下图是一个简单立方晶体，滑移系统是{100}<001>。
今在(011)面上有一空位片ABCDA，又从晶体上部插入半原子片EFGH，它和(010)面平行，请分析：(1) 各段位错的柏氏矢量和位错的性质；(2) 哪些是定位错？哪些是可滑位错？滑移面是什么？(写出具体的晶面指数。
)(3) 如果沿[01]方向拉伸，各位错将如何运动？(4) 画出在位错运动过程中各位错线形状的变化，指出割阶、弯折和位错偶的位置。
(5)画出晶体最后的形状和滑移线的位置。
8. 晶体滑移面，有一圆形位错环如图所示。
问：(1) 晶体滑移面的上部晶体外加切应力方向和Burgers 矢量 同向或反向时，位错环向外滑移？(2) 位错环平衡半径和外加切应力的关系式。
9. 同一滑移面上有二段Burgers 矢量相同异号刃型位错（AB ，CD 位错线方向相反），位错线处在同一直线上，每段位错线长度x, 相距x 。
《中国钨业》2008年总目次
２０ 年中国钨工业发展报 告 ０７
年我 国钨品进 出口分析
・
孔昭庆 ， 良 ， 刘 先 田雪芹（－ ） ２１
刘 良先（— ） ４１
出口大幅回落 进 口有所增长 价格稳 中略降—— ２ｏ ０ ８年上半
院士专栏 ・
云南某白钨矿重选试验研究
章国权， 戴惠新（ １） ５ ３ －
黄 文（’） ６５
大吉 山钨矿选 厂细泥处理流程改造的生产 实践 钟 能（ １） ６ ２ ＿
・
市场 贸易 ・
冶金 ・ 料 ・ 材
总量下降 价格平稳 ——２ ０ ０ ７年我 国钨 品进 出口分析 刘 良先 （－ ４ １１）
・
微米 级细颗粒仲钨酸铵的制备及其工艺研究
万林生 ， 付赞辉 ， 慧娟（—５ 晏 １２ ）
超细 ＷＣ Ｃ 硬质合金 的磁性能和金相分 析 李广生（ — ３ —ｏ ２３ ）
李社宏 ， 李文铅 ， 赵凤生 ， 燕生 ， 褚 梁前勇 ， 严成文 （— ） ３ １ 基于 ３ － Ｄ－ ￣数值模拟 的某钨矿地压活动区资源回收方案研究 吴 贤振 ， 王晓军， 赵奎 ， 刘明松 （－ ） ３ ７
护壁爆破的护壁作用和聚能效应
钨催化剂的应用研究进展
谢宝华 ， 曹小华 ， 陶春元 ， 萍， 平， 赵新 严 涂惠平（—６ ２３ ）
化学镀 Ｎ— ＭｏＰ工艺研究 ｉＷ－ －
蒲传金 ， 郭学彬 ， 肖正 学， 张志呈 （— １ ３ １） 某钨矿矿石回收钼和白钨的试验研究叶雪均， 余夏静 ， 刘军（－ ６ ３ １） 石英脉型黑钨矿床找矿评价的几个地质问题
曾一 ， ， 赵鹏 王跃峰 ， ， 玉（＿２ 杨龙 彭世 １４ ） 钨尾砂轻质陶粒 的制备研究
一
PDC材料烧结中钴在金刚石层中的扩散熔渗迁移过程研究_邓福铭
第32卷 第4期2003年8月人 工 晶 体 学 报JOURNAL OF SYNTHETIC C RYSTALSVol.32No.4August,2003PDC材料烧结中钴在金刚石层中的扩散熔渗迁移过程研究邓福铭1,马 峰1,陈启武1,2(1.中国矿业大学(北京校区)材料科学与工程系,北京100083;2.长沙矿冶研究院,长沙410012)摘要:对不同烧结阶段快速冷却固化的PDC实验样品金刚石层中钴的线分布(EDX)分析结果表明,PDC材料烧结中钴在金刚石层中的运动过程经历了三个基本阶段:(1)钴固相扩散;(2)钴液熔渗;(3)两次钴高浓度峰在金刚石层中的 波浪 式迁移过程。
其中第一次钴高浓度峰与金刚石聚晶结构形成密切相关;而第二次钴高浓度峰则与聚晶晶粒异常长大密切相关。
钴在金刚石层中的 波浪 式迁移过程是由金刚石-钴系统中金刚石溶解再结晶生长过程造成的,在这一过程中温度梯度grad T和碳浓度差 C是钴峰 波浪 式迁移的直接驱动力。
关键词:聚晶金刚石复合片(PDC);烧结;扩散;熔渗中图分类号:TQ164 文献标识码:A 文章编号:1000-985X(2003)04-0377-05Diffusion and Infiltration Process of Cobalt through Diamond Layer during the S intering of Polycrystalline Diamond CompactDE NG Fu-ming1 MA Feng1 C HE N Qi-wu1,2(1.Department of Materi al Science and Engineering,China Universi ty of M i ning and Technol ogy(Beijing Campus),Beijing100083,Chi na; 2.Changsha Ins titute of M ini ng and Metallurgy,Changs ha410012,Chi na)(Re ceive d22April2003)Abstract:The quickly solidified samples of polycrystalline diamond compact(PDC)sintered under high pressure of5.8GPa and at1300-1600 were studied through a SEM and an EDX micro-analyzer.It is found that the HP/HT sintering process experiences solid cobalt diffusion,molten cobalt infiltration and two wave-like cobalt peaks movement.The two wave-like cobalt peaks,which are closely related to the gro wth and the abnormal growth process of polyc rystalline diamond,are resulted from the crystallization and recrystallization of the dissolution and precipitation of diamond.The temperature gradient and the carbon concentration difference are e xplained as the driving forces of the movement of the two wave-like c obalt peaks during the HP/HT sintering process.Key words:polycrystalline diamond compact;sintering;diffusion;infiltration1 引 言在硬质合金基体上高压高温烧结一层厚度为0.3~0.7mm的金刚石微粉,让硬质合金中的钴熔融并以收稿日期:2003-04-22基金项目:原冶金工业部九五重点攻关课题(No.9435a);湖南省自然科学基金项目(No.00JJ Y2044)作者简介:邓福铭(1963-),男,湖南省人,副教授,博士。
扩散系数
G1
位移
满足能量条件 的原子分数：
n2 △G = exp( ) N kT
跳动频率： Γ=v Z n2/N=
vZexp(-△G/kT)
v振动频率，Z最近邻间隙数
D=PΓλ2
D=λ2vPZexp(-△G/kT) △G= △H-T △S
D=[λ2vPZexp(△S/k)]exp(-△H/kT) D0 D=D0 exp(-△E/kT) 空位扩散
3. 晶体结构
在温度及成分一定的条件下任一原子在密堆点阵中的扩 散要比在非密堆点阵中的扩散慢。
4. 浓度
扩散系数是随浓度而变化的，有些扩散系统如金-镍系统 中浓度的变化使镍和金的自扩散系数发生显著地变化。
5. 第三组元的影响
在二元合金中加入第三元素时，扩散系数也会发生变化。
6. 晶体缺陷的影响
实际晶体中还存在着界面、位错等晶体缺陷， 扩散也可以沿着这些晶体缺陷进行。 若以QL，QS和QB别表示晶内、表面和晶界扩散 激活能；DL，DS和DB分别表示晶内、表面和晶 界的扩散系数，则一般规律是：QL＞QB＞QS， 所以DS＞DB＞DL。
F =
x
F
扩散通量的热力学形式：
J = CB ( μ ) x
式中：“-”号表示驱动力与化学位下降的方向一致，也就是 扩散总是向化学位减少的方向进行的。
2. 上坡扩散
Fick第一定律的热力学形式：
J = BRT (1 + ln γ C ) ln C x
D = BRT(1 +
ln γ ) ln C
D ∝ B 原子迁移率
扩散进行条件:
C ln γ ) ＞0 时， 当 (1 + x <0，组元呈下坡扩散； ln C
C、N、O在αFe中扩散激活能的计算
Ｃ、Ｎ、０在旷Ｆｅ中扩散激活能的计算／刘林飞等１２１ｏ．５、Ｏ．５）和（Ｏ．５、ｏ．７５、ｏ．５）的位置，其中Ｃ（ｏ）表示八面体位置的碳原子，Ｃ（ｔ）表示四面体位置的碳原子，对于氮和氧，用同样的表示方法。
表ｌ单点能及几何优化后体系能量Ｔａｂｌｅ１ＳｉＩｌｇｌｅｐｏｉｎｔｅｎｅｒｇｙａｎｄｅｎｅｒｇｙｏｆｓｙｓｔｅｍａｆｔｅｒＧｅｏｍｅｔｒｙｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ体系Ｅ１／ｅＶＥ／ｅＶ△Ｅ／ｅＶ△Ｅ／８／ｅＶ△ｂ／ｅＶＦｅ－Ｃ（ｏ）一３６１３．８８５０４—３６１９．２９２８１５．４０７７７２．７０３８８５……，Ｆｅ＿Ｃ（ｔ）一３６１５．２６１１０一３６１９．２９８０２４．０３６９２２．０１８４６“““…Ｆｅ＿Ｎ（ｏ）一３７３０．６０９５１—３７３６．０９６６９５．４８７１８２．７４３５９……Ｆｅ－Ｎ（ｔ）一３７３２．７３２７２—３７３６．０９６８４３．３６４１２１．６８２０６……‘Ｆｅ－０（ｏ）一３８９４．０１６２７—３９００．３０１９８６．２８５７１３．１４２８５５……Ｆｐ０（ｔ）一３８９６．８５２０３—３９０１．０７４４０４．２２２７７２．１１１３８５……。
图ＩＦ托（或Ｎ、ｏ）体系的周期性结构模型Ｆｉ孚１ＣｒｙｓｔａｌｓｔｍｃｔＩ眦屯ｏｆＦＫ（ｏｒＮ、ｏ）计算了两种体系的单点能并对结构进行了几何优化，同时获得了其稳定结构体系的总能。
从表１中两种体系能量的比较可以发现，在金属铁完整晶体的ｂｃｃ结构中，Ｆｅ－Ｃ（Ｎ、０）（ｔ）体系的能量无论在优化前还是在优化后都比Ｆｅ＿Ｃ（Ｎ、０）（ｏ）体系的能量低，这好像说明Ｃ、Ｎ、（）原子在金属铁的四面体间隙位置能更稳定地存在，但是从表２可以看出，这时Ｃ、Ｎ、０原子已经远离四面体间隙位置了，而Ｃ、Ｎ、ｏ在优化前后八面体位置的分数坐标没有变化，说明Ｃ、Ｎ、０在四面体间隙位置不稳定，Ｃ、Ｎ、ｏ原子比较容易进入金属铁的八面体间隙，Ｃ、Ｎ、０原子在金属铁中发生扩散或是聚集应该首先发生在八面体间隙位置的结论，与前人一致Ｌ９］。
Co_Zn扩散偶的界面迁移
理化检验—物理分册P TCA(PA R T:A P H YS.TEST.)2007年第43期2试验与研究Co2Zn扩散偶的界面迁移杨泽亮,宋玉强,李世春(中国石油大学(华东)机电工程学院材料系,东营257061)摘 要:采用铆钉法制备了界面为曲面的Co2Zn扩散偶,利用光学显微镜观察了扩散偶界面特征,并测量了扩散层厚度。
研究结果表明,经过扩散热处理,Co2Zn扩散偶界面处形成了一个扩散溶解层,该扩散溶解层的厚度随温度的升高和保温时间的延长呈增大趋势。
在扩散偶热处理过程中,Co/Zn界面处形成的扩散溶解层向锌侧迁移的速度较大,出现了明显的kirkendall效应。
关键词:Co2Zn扩散偶;扩散层;界面迁移;kirkendall效应中图分类号:T G111.6 文献标识码:A 文章编号:100124012(2007)022*******T H E IN TERFACE MIGRA TION IN Co2Zn DIFFU SION COU PL ESYANG Z e2liang,SONG Yu2qiang,L I Shi2chun(College of Mechanical and Electronic Engineering in China University of Petroleum,Dongying257061,China) Abstract:Co2Zn diff usion couples with curing interfaces were made by riveting the Zn rod into the Co base.With the help of optical microscope(OM),the interface characteristic was observed,besides the thickness of the diffusion zone was measured.It was shown that a diff usion2solution layer was formed after the heat treatment.The thickness of the diff usion layer is larger under the condition of the higher temperature and longer time.The diffusion2solution layer at the original Co/Zn interface migrated faster towards Zn and the obvious kirkendall effect was observed during sintering.K eyw ords:Co2Zn diff usion couples;Diffusion layer;Interface migration;K irkendall effect 在一定条件下,不同金属原子在扩散偶的界面上会发生迁移。
C原子在Ni-Fe(111)合金表面上的吸附和扩散——密度泛函理论研究
（ 东理 工 大 学化 学 工程 联 合 国 家重 点 实验 室 ， 上 海 ２ ０ ３ ） 华 ０ ２ ７
摘 要 ：Ｃ 原子在催化剂表面的吸附和扩散是纳米碳纤维生长过程 中的重要步骤。为 了从原子尺度上研究这一过程，
采用基于广义梯度近似的密度泛函理论研究了Ｃ 原子在不同比例的Ｎ—ｅ１１ ｉ （１） Ｆ 合金表面上的吸附和扩散。计算结果表 明， 催化剂中Ｆ 的引入对于Ｃ原子的吸附有增强作用。同时， ｅ 随着催化剂中Ｆ含量的增加 ， 原子的吸附会进一步增强。 ｅ Ｃ
ｔｅ Ｆ ｏ ｔｎ Ｓｉｃ ｅ ｅ ．ｈ ｄ ｏ ｐｉｎ ｏ ｉ ｕｔｅ ｎ ａ ｃ ｄ Ｔ ｅ ａ ｔ ａｉｎ ｅ ｅｇ ｅ ｏ ｅＣ ｉ ｓｏ ｎ ａｌｙ ｄ ｈ ｅｃ ｎｅ ｔｉ ｎ ｒａ ｄ ｔｅａ ｓ ｒｔｏ ｆＣ Ｓｆ ｒ ｒｅ ｎ ｅ ． ｈ ｃｉ ｔ ｎ ｒ ｉｓｆｒｔ ｄｆ ｉｎ ｏ ｌ ｅ ｓ ｈ ｈ ｖ ｏ ｈ ｕ ｏ
（ ａ Ｋ ｙ ａ ｏａ ｒ ｏ Ｃ ｅ ￣ ｌ ｎｉ ｅｉ ，ａｔ ｈ ａＵ ｉ ｒｔｏＳｉ ｃ ａｄ ｅｈ ｏ ｇ，ｈｎｈ ｉ０２７Ｃ ｉ ） Ｓ ｔ ｅ Ｌ ｂｒｔｙ ｆ ｈｍ ａＥ ｇ ｅｒ ｇＥ ｓＣ ｉ ｎ ｅ ｉ ｆ ｃ ｎｅ ｎ Ｔｃｎｌ ｙＳａｇ ａ２０ ３， ｎ ｔｅ ｏ ｎ ｎ ｎ ｖ ｓｙ ｅ ｏ ｈ ａ
第６ 第３ 巷 期
Ｖｏ Ｎｏ ３ ｌ６
．
２１年 ３ ０１ 月
中 国科 技论 文 在 线 Ｓ Ｅ Ｅ Ａ Ｅ ＬＮＥ ＣｌＮＣ Ｐ Ｐ Ｒ ＯＮ Ｉ
Ｍ ａｒ２０１１
Ｃ原 子 在 Ｎｉ ｅ１ １合 金 表 面 上 的 吸 附 和 扩 散 — （１） Ｆ
Cr在Fe-Cr合金中扩散过程的原子尺度模拟研究
Cr在Fe-Cr合金中扩散过程的原子尺度模拟研究作者：潘龙杨奔峰来源：《科技资讯》 2015年第9期潘龙杨奔峰(南京理工大学材料科学与工程学院江苏南京 210094)摘要:该文通过计算机模拟方法研究Cr在Fe-Cr合金中的扩散。
用2BM(two band model)势函数模型计算了Fe的空位形成能以及Fe-Cr合金中Cr与空位V之间的结合能、空位迁移能。
按照固体中杂质扩散的五频率模型,结合纯铁的分子动力学模拟,计算了合金中Cr原子的扩散系数。
此外,在不同的温度和空位浓度条件下,对Fe-1%Cr合金直接进行了分子动力学模拟计算,获得了合金中Cr原子的扩散系数,结果与五频率模型计算结果较为一致。
关键字:Fe-Cr合金扩散分子动力学五频率模型中图分类号:TG131 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2015)03(c)-0241-01铁素体/马氏体(Ferritic/Martensitic,F/M)钢具有优异的几何稳定性、抗辐照肿胀和优良的耐腐蚀性能等特性,可以作为未来聚变示范堆和第四代核反应堆候选结构材料之一[1]。
研究表明,Cr的加入对材料的辐照性能产生了很大的影响[2]。
F/M钢辐照过程中会产生富Cr的α’相,导致材料脆化、应力腐蚀和化学腐蚀等性能变化[3]。
目前α’相的形核过程的动力学细节还不清楚,但是肯定应与空位扩散机制有关。
核反应堆中材料受到中子辐照,产生大量空位。
因此要想弄懂形核机理,必须了解合金中原子扩散过程。
目前国内外关于Cr在Fe-Cr合金中扩散的研究尚未完善,该文采用计算机模拟方法来研究Cr在Fe-Cr合金中扩散过程的原子尺度的相关问题。
首先通过原子扩散的五频率模型,计算了Cr在Fe-Cr稀合金中的扩散系数,再通过分子动力学模拟计算得到了Cr在Fe-Cr合金中的扩散系数,对比两者的结果,验证计算的准确性,从而为相场模拟、动力学蒙特卡罗模拟等研究工作提供关于扩散的基础数据。
铁、钴、镍粘结的（W、Ti）C硬质合金的碳含量研究
铁、钴、镍粘结的（W、Ti）C硬质合金的碳含量研究.Ni粘结时C范围最宽;而出现正常组织时合金的含碳量在Ni粘结时较低,Co粘结时稍高,Fe粘结出现正常组织时合金的含碳量最高.关键词(w,Ti)C硬质合金组织碳含量硬质合金具有很高的硬度,耐磨性和弹性模数,特别是在较高的温度下具有较高的硬度,在现代工具材料,耐磨材料,耐高温及耐腐蚀材料方面占据着重要地位,Co粘结的(w,Ti)c硬质合金作为切削工具材料在工业上应用十分广泛.由于Co对WC,TiC等硬质相具有良好的润湿性,粘结性,WC,TiC等硬质相在Co中的溶解度较大.使Co粘结的硬质合金具有高强度,高硬度,高耐磨性等一系列优异的性能n].但是由于钴价格昂贵,储量稀少,多年来人们一直在研究铁镍代替钴作为粘结相的问题.].本实验中,采用铁,钴,镍作为粘结剂,研究了硬质合金中出现正常组织时的碳含量范围.2实验方法及过程YT5,YT14,YT15是(w,Ti)c硬质合金的典型牌号,实验分别以Co,Ni,Fe为粘结相,采用(w,Ti)C60:40高温固溶体对各自合金的正常组织时含碳量范围作了探讨.由于YT5,YT14,YT15的理论含碳量分别是6.4319,6,7,58及7.9759,5,考虑到Fe较易氧化,而Ni性质较为稳定,故在设定碳含量考察范围时分别在Co粘结的合金的C基础上调整如表1所示.表1(w,Ti)C硬质合金的碳含量实验Y’l’l465Fe2(3(2ol5Nl7.367.457.547.6370Co30Ni7.267.357.447.53Co7.7O7.797.887.97YT1565Fe20Col5Ni7.7j7.847.938.O270Co30Ni7.6j7.747.837.92合金制作过程如下:用500ram小球磨筒球磨,磨球为硬质合金球,球磨机转速36r/rain,球磨时间分别为YT5合金48h,YT14合金及YT15合金球磨72h,出料后干燥,手工掺胶,汽油橡胶加入量(体积)为料重的10,擦筛后手工压型,排胶后烧结,随后进行合金的物理性能,力学性能及金相组织检测,性能数据均为多个试样平均值.作者简介柏振海.男,32岁.哈尔滨工业大学金属材料与热处理专业毕业.现在中南大学材料科学与工程学院工作.主要从事有色金属材料的研究与开发.第2期柏振海等:铁,钴,镍粘结的(w,Ti)C硬质合金的碳含量研究3(w,Ti)C硬质合金典型牌号在不同粘结相时C变化对性能,组织的影响3.1YT5合金在不同粘结相时C%变化对合金性能,组织的影响在不同粘结时碳含量变化对YT5合金的性能及组织影响如表2所示.碳量为6.19至6.35范围内均为正常组织.没有出现脱碳,也没有石墨组织.从性能及组织综合考虑,6.35时的合金性能较为理想,与YT5合金的典型性能要求比较(强度1850MPa,HC一11.2kA/m,HRA一90.5,p12.9/cm.).实际制造合金最高性能为强度2223MPa,HC=9.34kA/m,HRA=90?3,p一13.00g/cm..可见实际制造合金的其他性能均较高,只有矫顽磁力较小,由于矫顽磁力受晶粒大小的影响,可以通过改变混合料的球磨时间调整WC的粒度大小来改变矫顽磁力.图1是以铁粘结的由表2可见,对于以钴粘结的YT5合金,在含YT5合金的正常组织的金相照片.表2YT5不同粘结相碳含量变化时的组织和性能图1铁粘结的YT5合金金相组织100X对于以部分Ni取代Co粘结的YT5合金,在所研究的条件下均为正常组织(6.14～6.38C),且当C为6.300A～6.19时合金性能相对而言最好(O’bb=1813MPa,HRA=90.5,Hc=15.7kA/m,p一12.9g/cm.),而且可以看见,以部分Ni作为粘结相的合金的抗弯强度O’b可在一个较大的含碳量范围内基本稳定,只在C较高时密度及硬度稍有降低.对以Fe为主要粘结相的YT5合金,在本研究的情况下,当C<6.24时为脱碳组织,而在C>6.5时出现石墨组织,C在6.30～6.48范围内是正常合金组织,而且相比较而言,C在6.40～6.48间时合金性能较好,但与合金的典型性能要求相比,强度较低,硬度偏高.由上述结果可知,对于YT5合金,正常组织时的含碳量范围在不同的粘结相时是不同的.合金的正常组织含碳量在Fe粘结时范围最窄,而在Co粘结时较宽,Ni粘结时C范围最宽;而出现正常合金组织时的含碳量则从Ni,Co,Fe粘结相有从低到高的增长趋势.在相同的合金制作及烧结条件下,不同的粘结相粘结的合金性能上有所变化.以Fe为主进行粘结的合金性能与用Co粘结的合金性能相比,硬度要稍微增大,而磁力则增大约4～5kA/m;但Fe粘硬质合金第19卷结的合金强度比Co粘结的合金强度要小得多.特别是易于出现脱碳组织,此时强度降低非常厉害.3.2YT14.合金在不同粘结相时C变化对组织和性能的影响采用同样的方法,对YT14合金在不同的粘结剂下考查了碳含量变化对合金性能和组织的影响,如表3所示.表3YT14合金在不同粘结相时碳含量变化对组织和性能的影响从性能及组织分析中可见,对于以Fe粘结的合金,YT14合金组织中出现少量石墨组织时对性能影响并不大,强度基本保持稳定,硬度也无明显下降.对以Co为粘结相的YT14合金,则当C为7.4O时综合性能最佳,且微观组织是合格的,而对以部分Ni代替Co粘结的硬质合金,其抗弯强度O”b也是在一个较宽含碳量范围内稳定,即C变化对性能没有很大的影响.从C对组织的影响看,影响趋势与C对YT5合金的影响是一致的,即以Fe为主粘结的合金出现正常组织的C较低,而对以Co,Ni粘结的合金出现正常组织的C依次升高.3.3YT15合金的C变化对其组织和性能的影响C变化对YT15合金的性能和组织的影响,如表4所示.表4C变化对YT15合金组织和性能的影响从上述性能看,YT15合金的制作比较困难,性能很低,且难以控制,与典型性能要求(‰一1450MPa,HRA:92.0,Hc一14.4kA/m,D一11.20g/cm.)相比,抗弯强度降低许多,硬度普遍高,而对于以Fe粘结的合金,由于球磨中易于破碎,故矫顽磁力普遍较高.第2期柏振海等:铁.钻,镍粘结的(w,Ti)C硬质合金的碳含量研究4结论在相同的实验条件下,分别采用铁,钴,镍作为粘结剂,YT5,YT14,YT15硬质合金中出现正常组织时的碳含量范围在Fe粘结时最窄,而在Co粘结时较宽,Ni粘结时C%范围最宽;而出现正常组织时合金的含碳量在Ni粘结时较低,Co粘结时稍高,Fe粘结出现正常组织时合金的含碳量最高.参考文献1株洲硬质合金厂编着.硬质合金的生产.北京:冶金工业出版社2孙宝琦.硬质合金中铁镍代钴问题浅析.硬质合金.1996,13(1):47—553TariqFarooq,TomJDavies.TungstenCarbideHardMetalsCementedwithFerroalloys.TheIntemationalJoumalofPowderMetallurgy.199127(4):347—355.4BjOmUhrenius.OntheCompositionofFe——Ni——Co——WC—BasedCementedCarbides.IntJofRefractoryMetals&HardMaterials.15(1997):139—149.5GNHaidemenopoulos,M.Grujicic.Thermodynamics—basedalloydesigncriteriaforaustenitestabilizationand transformationtougheningintheFe——Ni——Co.JournalofAlloysandCompounds220(1995):142—147.(收稿日期2002一O1—21)THECARBoNCoNTENToF(W,T1)CCEMENTEDCARBlDEBoNDEDWlTHFe,Co,Ni BaiZhenhaiSunBaoqiLiWenxiang(CentralSouthUniversity,Changsha410083)ABSTRACTThecarbonscopeofYT5,YT14,YT15CementedCarbidebondedwithFe,Co,Niwhichhasnormaltwop hasemicrostruchureisstudied.TheresultsshowthatthecarbonscopeisNi>Co>Fewhenbondedwith Fe,Co,Niseparately.Ontheotherhand,thecarboncontentofcementedcarbidewithnormaltwophasemicrostructureiSNi<C o<Fe.KEYWoRDS(W,Ti)Ccementedcarbide,microstructure.carboncontentj-}jkjkjkj-}jkjkjkjkjkjkjkjkjkjkjkjkjkjkjkjkjkjkjkjkjk等离子翻末冶金法——生产具青捞巯性鹾昀结构和功篷材料硇青效方法等离子加热法——是生产具有特殊物理化学性能的粉末材料的有效方法.等离子与被加工的物质互相作用,可保证任何难熔和难汽化物质的熔化,弥散化,热分解,还原及合成,从而制取晶粒度达纳米级的弥散物.当等离子与熔融团块及弥散材料发生热物理作用时,可制得用于生产过滤器,阳极,发射极,轴承,磨料的球状粉末;而当在等离子中汽化后凝结,可制得高弥散的金属和化合物粉末.高弥散介质的特殊性能决定了其可能使用的领域:金属陶瓷,致密(烧结)活化剂,生物系统触媒,油料添加刑,颜料,金属和合金的变质剂.用等离子还原法和在化学性质活跃的等离子体中合成的方法制得的金属,合金及化合物的粉末一般是超细粉末.在世界上首次实现了等离子技术的工业化生产是该技术最吸引人之处.高强度,高能量,节省材料,清洁的等离子氢还原方法生产出高弥散的难熔金属及化合物粉末.与原传统工艺相比,仅在鸽的制取阶段,就能大大提高生产率,并可保证单位劳动消耗降低62%,氢气耗量减少81%,电能减少1/3.该工艺是等离子技术与冶金方法的最佳结合,能够节约能源和资源.高弥散粉末的特殊性可保证使致密化过程变得较为容易(降低了烧结温度,减小焊接设备电流,减少未焊透废品),并能改善由其生产的产品性能,其中包括硬质合金的耐磨性.建遣大型设备,实现等离子化学还原,并在还原剂和中,酸性介质中合成,制得金属粉末和各种化合物粉末(氧化物,氮化物,碳化物),从而生产出具有特殊性能的结构和功能材料将是这一技术今后的发展方向.(唐丹供稿)。
Al/Cu/Mg扩散偶相界面的扩散机理
AlCuMg扩散偶相界面的扩散机理甄西彩;宋玉强;李世春【摘要】采用铆钉法制备了Al/Cu/Mg三元扩散偶,在真空炉进行扩散反应,利用SEM背散射电子像和微区电子探针分析,研究了扩散反应层的特征.在450℃下,Al/Cu/Mg三元扩散偶的三元交界处生成了五个三元化合物:Al6CuMg4,Al7Cu3Mg6,Al2CuMg,A15Cu6Mg2和Cu5Al3.【期刊名称】《理化检验-物理分册》【年(卷),期】2008(044)004【总页数】4页(P168-171)【关键词】A1/Cu/Mg;扩散偶;扩散反应层;三元化合物【作者】甄西彩;宋玉强;李世春【作者单位】中国石油大学(华东)机电工程学院材料系,东营,257061;中国石油大学(华东)机电工程学院材料系,东营,257061;中国石油大学(华东)机电工程学院材料系,东营,257061【正文语种】中文【中图分类】工业技术【文献来源】https:///academic-journal-cn_physical-testing-chemical-analysis-part-aphysical-testing_thesis/0201212570621.html。
l爹“ l 爹 u ik , 9 -j沥雹巴兮嬲PT ℃A ( P A R T : A P H V S.T E S T.) —．同同刁疆置 I 署翌F X 4' I●：。
坠验与研究A 1／ C u7 M g 扩散偶相界面的扩散机理甄西彩，宋玉强，李世春（中国石油大学（华东）机电工程学院材料系，东营 2 5 7 0 6 1）摘要：采用铆钉法制备了 A l/ C u/ M g 三元扩散偶，在真空炉进行扩散反应，利用 S E M 背散射电子像和微区电子探针分析，研究了扩散反应层的特征。
在4 5 0 ℃ 下， A l/ C u/ M g 三元扩散偶的三元交界处生成了五个三元化合物：A lo C u M g 4 ， A1 7 C U 3 M g 6 ， A l2 C u M g ， A ls C u 6 M g 2 和 C u 5 A l3 。
固体材料中的原子扩散机制、扩散系数及影响因素解析
铜自扩散激活能计算值和实验值的比较
扩散机制
两原子交换机制 四原子环形换位
机制 空位机制
间隙机制
缺陷形成能 △EV
KJ·mol-1 — —
126.6 87.3 96.4 873
缺陷移动能 △Em
KJ·mol-1
1005
380
扩散激活能 Q
KJ·mol-1
1005
（18）
可见渗碳温度提高100℃，扩散系数约增加3倍，即渗碳速度 加快了3倍
温度对扩散系数的影响
• 温度升高，扩散原子获得能量超越势 垒几率增大且空位浓度增大，有利扩
• 散生产上各种受扩散控制的过程，如扩 散型相变、晶粒长大，化学热处理首 先要考虑温度的影响
2 晶体缺陷对扩散的影响
• 原子沿点缺陷、线缺陷（位错）和面 缺陷（晶界和自由表面等）的扩散速 率远比沿晶内的体扩散速率大，通常 把沿这些缺陷所进行的扩散称为“短
7.2.3 空位机制扩散
• 空位总会存在，存在空位 • 使一个熵原增子加在空位旁边，它就可
能跳进空位中，这个原子原来 的位置变成空位，另外的邻近 原子占据新形成的空位，使空
• 位在继置续换运动式，固这溶就是体空中位机制
扩散
溶剂原子与溶质原子半径 相差不
大，很难进行间隙扩散， 主要依靠
原子和空位的交换位置进 行扩散
（6）
式中P为原子跃迁入空位的几率
空位机制扩散
• 置换原子跃入空位引起的体系自由能变化为：ΔG
• =可Δ以E跃-T入·Δ空S位的原子的几率为
P= exp(ΔS/k）·exp(-
（7）
• 将式（Δ5E）/k和T（）6）代入式（4），得
钴催化不对称反应生成环丁酮的机理研究
本科毕业设计（论文）学院(部)材料与化学化工学部题目钴催化不对称反应生成环丁酮的机理研究年级14级专业应用化学班级强化班学号96姓名高俊杰指导老师王勇职称副教授论文提交日期2018年5月18日目录第一章绪论 (3)1.1课题意义 (3)1.2立题思想 (3)1.3过渡金属催化剂 (3)第二章理论基础 (4)2.1密度泛函理论 (DFT) (4)2.2过渡态理论 (5)2.3量子化学软件 (5)第三章钴催化不对称反应生成环丁酮的机理研究 (6)3.1 反应背景 (6)3.2 计算方法 (7)3.3反应机理 (7)3.3.1醛基脱氢过程 (8)3.3.2碳碳双键加氢过程 (9)3.3.3分子内成四元环过程 (9)参考文献 (10)致谢 (12)钴催化不对称反应生成环丁酮的机理研究摘要：大多数分子内加氢酰化反应优先生成环戊酮而不是环丁酮。
其中有两个例外，它们都使用Rh催化带有甲氧基指导基团的底物，通过氧化加成活化醛C-H键以生成酰基金属氢化物中间体。
然后烯烃插入该中间体，生成六元和五元金属环。
一般来说，六元金属环易发生还原消除，在热力学和动力学上有利于产生环戊酮产物。
此外，实现五元金属环的还原消除是具有挑战性的。
本次研究中涉及到利用过渡金属（Co）生成四元环，颠覆了加氢酰化反应的通常区域选择性。
本文应用密度泛函理论(DFT) (B3LYP/6-31G(d)), 去寻觅可能存在的过渡态、中间体，通过理论计算研究了钴催化不对称反应生成环丁酮的机理。
计算结果表明，首先钴配合物催化剂与底物发生碳碳双键配位作用，然后醛基中的碳氢键断裂，碳碳双键加氢，最终钴配合物催化剂从体系中分离，生成四元环的过程很有可能是该反应的机理。
关键词：加氢酰化反应；过渡金属钴催化剂；密度泛函理论AbstractMost intramolecular hydroacylation provide exclusive access to cyclopentanones in preference to cyclobutanones. However, there are two exceptions, both of which use substrates bearing a methoxy-directing group under Rh catalysis to activate aldehyde C−H bonds through oxidative addition to form an acyl-metal-hydride intermediate . From this intermediate, olefin insertion results in an equilibrium mixture of the six- and five-membered metallacycles. In general, reductive elimination from six-membered metallacycles is thermodynamically and kinetically favored to generate the less strained cyclopentanone product. Moreover, achieving reductive elimination from a five-membered metallacycle is challenging.Rather than relying on a precious metal, we propose using a transition metal (Co) to overturn the usual regioselectivity of hydroacylation to favor the four-membered ring. In this article, density functional theory (DFT) (B3LYP/6-31G(d)) was used to find possible transition states and intermediates. The mechanism of cobalt catalysis for enantioselective cyclobutanone construction was studied by theoretical calculations. Based on theoretical analysis,first, the cobalt catalyst first has a carbon-carbon double bond coordination with the substrate, then the C-H bond in the aldehyde group is broken, the carbon-carbon double bond is hydrogenated, and finally the cobalt complex catalyst is separated from the system to form a four-membered ring. This pathway may be the mechanism of cobalt catalysis for enantioselective cyclobutanone construction.Keywords：Intramolecular hydroacylation，Cobalt catalyst，Density functional theory.第一章绪论1.1课题意义加氢酰化[1]是通过醛类化合物与炔烃或烯烃发生反应生成酮，该反应是实现C-C、C-H键活化的一种重要方法[2]，同时也是增长碳链的重要有机合成方法。
材料科学基础作业-2011(1)
晶体结构作业题1、写出立方晶系〈001〉、〈011〉、〈111〉包含的晶向指数。
2、写出立方晶系中晶面族｛010｝、｛011｝、｛111｝包含的晶面指数。
3、fcc 晶体最近邻和次次近邻的原子数是多少？ 最近邻12个，次近邻6个，次次近邻24个。
4、计算fcc 晶体中晶面族｛001｝、｛011｝、｛111｝的面间距。
d {001}= a/2， d ｛011｝= a 4/2, d ｛111｝ = a/35、求金刚石的致密度？解：根据金刚石的晶体结构可知：a d 43=，d=2r 34.034833=⨯=arK π6、已知Mg 是hcp 结构，且轴比c/a=1.624，体密度ρv=1.74g/cm^2，问a 、c 、原子半径r 和Mg 的致密度各是多少？ 解：a a car 498.0993.02432122==+=74.11074.510023.62321631.2466233232=⨯=⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⋅⨯=-ac a NV A Arρnm a 3207.0=74.03463=⨯=VrK π7、分别计算CsCl 、NaCl 、ZnS 的理论密度和致密度。
8、C 在γ－Fe 中最大溶解的度是8.9%（原子百分数），则有多少八面体间隙被占据（γ－Fe 中Fe 原子数与八面体间隙数比例是1︰1）？解：8.9/(100-8.9)=9.77%9、Cu 的密度为8.96g/cm^3，试求：⑴、Cu 的点阵常数、原子半径 ⑵、XAu=60%的Cu —Au 固溶体中，a=0.3795nm ，ρ=14.213g/cm^3，则该合金是什么类型的固溶体？ 解：（1）96.810023.655.6342333=⨯⨯⨯==a N a nA AR ρnma 36117.0=nma r 12769.042==(2)231.1410023.6)97.1694.055.636.0(2333=⨯⨯⨯+⨯⨯==a n N a nA AR ρ002.4=n 因Cu 和Au 均为fcc 结构，单个晶胞的原子数都为4个，与计算得到的原子数接近，故为置换型固溶体。
稀土元素以及C N对铁钴基合金软磁材料微观结构和磁性能的影响
稀土元素以及C N对铁钴基合金软磁材料微观结构和磁性能的影响摘要Fe、Co基有序合金常用于自旋阀和磁性隧道结等自旋电子元器件的铁磁电极材料，如何有效调控其铁磁电极材料的自旋极化电子结构，是开发新一代超高密度信息存储材料的重要课题之一。
本文基于密度泛函理论的第一性原理，首先研究了BCC Fe、Co的自旋极化电子结构，进而计算了Fe3Co（DO3结构），FeCo（B2结构），及FeCo3（DO3结构）有序合金的自旋极化电子结构。
计算结果表明，Fe3Co、FeCo及FeCo3的磁矩分别为μ = 9.31 μB、4.47 μB和8.01 μB; 费米面处的自旋极化率分别为P = 9.5%、78.1%和80.1%。
自旋极化率随着Co含量的增加而增大。
对合金晶体结构进行第一性原理计算是研究其性质的一种非常重要的方法，将对分析研究上述结构和性质的变化起到一定的理论指导作用。
本文通过文献调查铁钴合金的电子结构和原子磁矩，然后用添加稀土元素，采用非自耗真空电弧炉冶炼Fe50Co50－x RE x( RE = La、Ce、Gd、Dy) 合金锭。
通过MS软件等测试分析手段对添加稀土元素对FeCo合金的微观组织和磁性能影响做了系统研究。
结果表明，稀土元素的添加会在周围形成富稀土相，当含量较高时还会出现过渡相。
添加稀土是FeCo合金的磁导率增大。
关键词：自旋电子学；FeCo有序合金；磁性分析；微观组织第一章绪论1.1磁学发展概述磁学(magnetism)，又称为铁磁学(ferromagnetism)，是现代物理学的一个重要分支。
现代磁学是研究磁，磁场，磁材料，磁效应，磁现象及其实际应用的一门学科。
磁学和电学有着直接的联系。
经典磁学认为如同电荷一样，自然界中存在着独立的磁荷。
相同的磁荷互相排斥，不同的磁荷互相吸引。
而现代磁学则认为环形电流元是磁极产生的根本原因，相同的磁极互相排斥，不同的磁极互相吸引。
独立的磁荷是不存在的。
扩散系数 钴元素
扩散系数钴元素
扩散系数是指物质在温度、压力差等因素作用下，通过介质进行
扩散的速率。
钴元素是一种重要的稀有金属元素，具有非常广泛的应
用领域。
在材料加工和制备过程中，扩散系数是钴元素的一个关键指标。
钴元素的扩散系数受多种因素的影响，包括温度、晶体结构、化
学环境等。
此外，钴元素的扩散系数还与其他元素的存在有关，如氢、氧、氮等。
钴元素的扩散系数可以通过实验方法进行测定，也可以通过理论
计算进行预测。
在材料加工和制备领域，准确地掌握钴元素的扩散系
数是非常重要的，可以指导材料的设计、制备和应用。
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Ｄｄ Ｄ ｐ一 ０ Ｒ ） ｓ－ ｏｘ（Ｑ ／ ７ ｆ ｅ Ｓ
其中 自扩 散激活 能 可 由下 式 表示 ：
（） １
式 中 ： 为 溶 剂 原 子 的价 态 ； 电子 电量 ； 原 ｅ为 ａ是
子单次跳跃距离 ； 为与溶剂特 性及 ｚ 值有关的常 Ｏ ／ ２ 数 ；２ ｚ 为扩 散 原子在 溶剂 中 的有效 价态 ， 以 由式（） 可 ７
ｇ： ｚ
（
ＤＢ Ａ：
、 ＾
ｅｐ－ ．７ ，１ ＋ ｏ Ｔ ｘ ［０１ Ｔ（６ Ｋ ） 】 ． ／
扩散原子在液态金属 中的扩散系数计算 ， 所得到的结果与实际具有较好 的符合性 。
关键词 ： 硬质合金； 粘结相； 碳； 扩散系数 中图分 类号 ： ６３ １ Ｔ ４６ ０ １． ； Ｇ ９ ６ 文献标 识码 ： Ａ
０ 引 言
在研 究硬 质 合 金 烧 结 过 程 及 渗 碳 法 制 备 梯 度 结 构硬质 合金 的原理 及梯 度 形 成 机理 时 ， 了建立 为
碳 原子在钴 粘结相 中的扩散系数研 究
羊建 高 ｒ 王海兵 ２刘 咏 黄ｌ － ， ， ， ＇Ｘ ￣－
（． １ 崇义章源钨制品有限公司， 江西 崇义 ３ １ ０ ； ． ４ ３０ ２中南大学 粉末冶金国家重点实验室 ， 湖南 长沙 ４ ０ ８ ） １０ ３
摘 要 ： 对硬质合金渗碳时碳原子在钴粘结相中的扩散行为进行了研究， 所导出的扩散系数方程式适用于非金属
（） ２ 确 定 ； 由（） 确 定。 ｑ值 ８式
Ｑ＝Ｔ１Ｋ ：Ｒ，６ ｏ ．＋ ） （
收稿 日期：０ ７ １— ８ ２ ０ — １ ０ 作者简介 ： 羊建高（９ ８ ） 男 ， １５ 一 ， 湖南邵阳人 ， 级高级工程师 ， 教授 长期从事硬质合金和钨钼制 品的研发 、 生产及管理工作。
碳 原子在 钴粘 结相 中的扩 散 动 力 学方 程 ， 定 合金 确 中梯 度层 厚度 与渗 碳 工 艺 的定量 关 系 ， 需对 碳 原 子 在钻粘 结相 中的扩 散系数 进行 研 究【 １ ］ 。 Ｊ ．ａｏｎ等 Ｉ 认 为 。 散 原 子 在液 态 金 属 中 ． Ｃ ｈｏ Ｒ ２ 卅 扩 的扩散系 数遵 从 Ａｒｅｉｓ 数 方程 ， ｒ ｎｕ 指 ｈ 并且 推导 了一 系 列用于计 算 扩散 激 活 能 的关 系 式 ， 据 这 些 方程 根 和 实验 数 据 可 以计 算 出部 分 金 属 原 子 在 液 态 金 属 中 的扩散 系数 。
考 虑 非 金属 扩 散 原 子 与 溶剂 金 属 原 子 尺 度 关
中 的扩散 更 容 易 ， 需 的激 活 能远 小 于 固态 自扩 散 所 时所 需 的激活 能 ，．．ａｏｎ等【 为其 自扩 散激 活 Ｊ Ｃ ｈｏ Ｒ ２ ］ 认 能可 由下 式表示 ：
Ｑ ＝０１ Ｒ ｍ ６ Ｋｏ 。 ．７ Ｔ （ ＋ ） １ 方程 ： Ｄ 船＝Ｄｄ－Ｄｏ ｘ （Ｑ ／ ） ｓ － ｐ－ ０ ｆ ｅ （） ４ （ ３ ）
式 中： 为原 子 的价 态 ， 于具 有 体 心 立方 （ｃ ） 对 ｂ ｃ 结 构 的金 属 Ｋ ＝ ， 于 具 有 密 排 六 方 （ｃ ） ｏ１对 ｈｐ 结构 的金 属 Ｋ ＝ ， 于具 有 面心 立 方 （ｃ ） ｏ２ 对 ｆ 结构 的金属 ／ － ； ｃ （ ３ ｏ 为金属 的熔 点 为气 体 常数 。 在 讨 论液 态 金 属 自扩 散 时 ， 虑 到 原子 在液 相 考
将 式 （ 代 入 式 （） 得 到 液 态 金 属 自扩 散 系 数 ３ ） １可
系及 对扩 散 的影 响 ， ａ ｎｒ ５ 算 了氮 、 原子 Ｒｊ ｄａ等［ ｅ １ 计 氧
在 液 态 金 属 Ｉ、 ｎ Ａ 、 ｉＣ 、 ｅ Ｐ ｎ Ｓ 、 ｇ Ｂ 、 ｕ Ｆ 、 ｂ以及 Ｇ ａ等 金
考 虑 到扩 散 原 子 在 液 态 金 属 中 的扩 散 系 数符 合 Ａ ｒｅ ｉｓ 系 ，． ．ａｏ ｎ建 立 了下 述扩 散 系数 ｒ ｎｕ 关 ｈ ＪＲＣ ｈ ｏ
ＡＱ ＝ Ｌ＿ ｅ ｐ＿１ ｑ ／６１ ｘ 【（ｌ ａ １） （） ６
１ 前 人 的工 作
Ｊ ．ａｏｎ等 ｆ 研 究 了 固态 金 属 自扩 散 、 态 ． Ｃ ｈｏ Ｒ ２ 卅 液 金属 自扩 散及 扩散 原 子在 液 态 金 属 中 的扩 散 系数 。
同 时还 认 为 ， 于 固 态 金 属 的 自扩 散 ， 扩散 系数 对 其 遵循 Ａ ｒｅｉｓ 程 ： ｒ ｎｕ 方 ｈ
方程 ：
属 中的扩散 系数 。 但 是 ， 目前 为 止 ， 未 发现 碳 原子 在 钴 粘 结 到 尚 相 中扩散 系数 的计 算 资料及 相关 报道 。
Ｄ Ｂ ｏｘ［（ Ａ＝Ｄ ｐ一△Ｑ＋ 。／ ］ ｅ Ｑ） Ｒ
（） ５
由（ 式 可 以看 出 ， Ｄ 确 定 时 ， 能够 计算 出 ５ ） 当 。 若 扩散 原 子 的扩 散激 活 能 △Ｑ ＋ ，则 可 以容 易地确 定液态 温度 下扩 散 原子 的扩 散系 数 。Ｑ 由（） 给 ３式 出， 由下 式确 定 ： ＡＱ可
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Hale Waihona Puke 第２ ３卷 第 １期 ２０ ０ ８年 ２月
Ｃｈｉ ｎａ Ｔｕｎｇ ｔｎ ｎｄｕ ｒ ｓｅ Ｉ ｓｔｙ
中圈钨繁
Ｖｏ ． ３ Ｎｏ １ １ ， ． ２ Ｆｅ ． Ｏ ８ ｂ２ Ｏ
文章编 号 ： ０—６２ ０ ８ １０２—４ １ ９ ０２ （ ０） — ０９０ ０ ２ ０
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中团钨毋
＝ —
卷
在 液态 金属 中 的扩散系 数方 程 。
‘ ７
：
ｏ．３ ￣ｖｔ ３ ｌｎ ｅ
一
合 并 （ 、４和 （） 可 以得 到 如下 的扩 散系数 方 ３ （） ９式 ）
程：
） ＋ ）
一 （） ８