NaCl結構離子晶體中1-2〈110〉{110}位錯性質研究.pdf

1、晶體材料中存在大量的位錯缺陷，這些位錯缺陷對晶體的性質特別是力學性質具有非常重要的影響。位錯缺陷的關鍵問題是確定位錯芯結構問題。經典的Peierls-Nabarro(P-N)模型雖然能定量地給出位錯的芯寬度和Peierls應力。P-N模型建立在連續(xù)介質近似下，忽略了晶格離散效應對位錯性質的影響。此外，經典的P-N選用正弦力律來表示失配面之間的非線性相互作用。然而，正弦力律對實際晶體過于粗糙。隨著力律和廣義層錯能關系的揭示，經典的P-N模

2、型的理論結果獲得了很大的改善。但是，晶格離散效應的研究仍缺乏進展。近年來，基于點陣靜力學的全離散位錯晶格理論已基本建立起來，并且已經給出了用于討論位錯芯結構的普適位錯方程(修正的P-N方程)。本文的主要任務是基于修正的P-N方程結合第一性原理方法獲得的廣義層錯能研究NaCl結構離子晶體中1/2<110>{110}位錯的性質，具體包括：
　　 (1)NaCl結構堿金屬鹵化物中1/2<110>{110}位錯1/2<110>{110}

3、是NaCl結構堿金屬鹵化物(LiF，NaF，KF，LiCl，NaCl，KCl)中最容易滑動的系統。大量的數值模擬研究了堿金屬鹵化物中該滑移系統的Peierls應力，但數值結果均大于實驗值(約一個數量級)。比如，NaCl的模擬結果約是實驗值的6～18倍。主要原因在于數值模擬所采用的模型勢存在一定的偏差。因此，使用修正的P-N模型研究NaCl結構堿金屬鹵化物中1/2<110>{110}位錯的性質是有必要的。本文首先通過第一性原理方法給出廣義

4、層錯能和彈性常數。結果表明堿金屬鹵化物是各向異性的晶體。因此，在研究NaCl結構堿金屬鹵化物中位錯芯結構時，考慮了彈性各向異性的影響。通過Foreman方法求解修正的P-N方程，獲得位錯的芯結構及Peierls應力。獲得的NaCl和KCI晶體中1/2<110>{110}刃位錯的Peierls應力分別為0.46×10-3μ和1.19×10-3μ，與已有的實驗結果吻合。
　　 (2)壓強對MgO和CaO中1/2<110>{110}位

5、錯的影響本文進一步討論了壓強效應對位錯性質的影響，考慮到堿金屬鹵化物的結構相變壓強差別大且相對較小(KCl相變壓強僅為2.2GPa，NaCl的相變壓強為29.0GPa)，不利于探討和比較壓強效應。因此，本文以相變壓強較大的離子晶體氧化物MgO和CaO中1/2<110>{110)位錯為研究對象。首先通過第一性原理方法計算出MgO和CaO在不同壓強下的廣義層錯能和彈性常數，并使用修正的P-N模型研究了MgO和CaO中1/2<110>{110

6、}位錯的芯結構和Peierls應力。我們計算得到MgO在0GPa壓強下1/2<110>{110}刃位錯和螺位錯的Peierls應力分別為40MPa和70MPa，與實驗值吻合。在同種晶體中，不穩(wěn)定層錯能和Peierls應力隨著壓強的增大而增大，芯寬度隨壓強增大而減小。不同壓強下，MgO和CaO晶體中刃位錯的Peierls應力總是大于螺位錯和混合位錯，這與實驗上所觀察到刃位錯是決定NaCl結構晶體中彈性行為的主要因素相符合。但是CaO在壓強