VN-TiN體系的修正嵌入原子相互作用勢函數(shù)的研究.pdf

1、以TiN為代表的過渡金屬氮化物因為具有高硬度、高熔點、耐腐蝕、超導(dǎo)性、光致發(fā)光性以及各種優(yōu)異的磁學(xué)性質(zhì)而被廣泛應(yīng)用于切削工具表面涂層。近年來的研究發(fā)現(xiàn)，以TiN為基礎(chǔ)的納米多層膜因為具有更高的硬度，在刀具涂層上具有廣闊的應(yīng)用前景。但迄今為止，超硬納米多層膜致硬機理尚不清楚，因此，開展這方面的研究具有重要的科學(xué)價值和實際應(yīng)用價值。
　　分子動力學(xué)模擬是研究納米薄膜的熱力學(xué)性質(zhì)主要理論手段之一。嵌入原子勢（EAM）是進行分子動力學(xué)模擬

2、常用的一種原子間相互作用勢，廣泛應(yīng)用于金屬以及合金體系，然而，在處理化合物，尤其是共價化合物體系時存在一些問題，因此，在此基礎(chǔ)上又提出了修正的嵌入原子勢（MEAM），其適用范圍得到大大擴展，成為分子動力學(xué)模擬所需要的一種重要勢函數(shù)。
　　本論文以VN/TiN體系為研究對象，在Ti、V、N單元體系的MEAM勢基礎(chǔ)上，對Ti-N、V-N以及Ti-V二元體系的MEAM勢進行研究，并在此基礎(chǔ)上得到Ti-V-N三元體系的MEAM勢。勢參數(shù)優(yōu)

3、化確定的基本思路是：選取給定結(jié)構(gòu)（比如NaCl結(jié)構(gòu)）的彈性常數(shù)的實驗或第一性原理計算值為目標(biāo)函數(shù)，優(yōu)化確定出勢參數(shù)，然后采用所得到的勢參數(shù)計算相應(yīng)體系的另一種可能結(jié)構(gòu)（比如CsCl結(jié)構(gòu)）的彈性性質(zhì)、晶格常數(shù)和結(jié)合能，對勢參數(shù)進行驗證。為勢參數(shù)優(yōu)化和驗證的需要，本論文還對Ti-N、V-N和Ti-V二元體系的平衡態(tài)性質(zhì)（彈性系數(shù)、晶格常數(shù)和結(jié)合能）進行了第一性原理計算。得到的主要結(jié)果如下：
　　1）選取NaCl參考結(jié)構(gòu)得到的Ti-N和

4、V-N二元體系的勢參數(shù)不僅適用于參考結(jié)構(gòu)，而且也適用于相應(yīng)體系的其他結(jié)構(gòu)，為進行界面的模擬奠定了基礎(chǔ)。
　　2）采用MEAM勢計算的CsCl結(jié)構(gòu)的TiN晶體的體彈模量和彈性常數(shù)C12，以及CsCl結(jié)構(gòu)的VN晶體的彈性常數(shù)C44與第一性原理計算值之間的差異稍大外，其它性質(zhì)的MEAM勢計算結(jié)果與第一性原理計算值都比較一致。
　　3）選取Ti-V合金的CsCl結(jié)構(gòu)作為參考結(jié)構(gòu)，彈性常數(shù)為目標(biāo)函數(shù)，優(yōu)化得到了Ti-V合金的MEAM勢