Модели аморфной структуры

Существующие в настоящее время методы моделирования амор­фных структур можно подразделить на три группы в соответствии со структурным состоянием материала, из которого исходят при моделировании (газообразного, жидкого и твердого), поскольку совершенно очевидно, что с помощью развитой технологии амор­фные структуры можно получать из газообразной, жидкой или твердой фазы.

Модели, основанные на построении аморфной структуры из твердого кристаллического и газообразного состояний, представ­ляют собой топологические модели в виде многогранников с ато­мами при вершинах. Первую группутопологических моделей со­ставляют микрокристаллические модели с ближним порядком, характерным для соответствующих кристаллических решеток. В пос­ледние годы в микрокристаллические модели вводятся представ­ления о нарушении дальнего порядка вследствие особой коорди­нации (модель координационных полиэдров Гаскелла) или за счет введения трехмерной сетки дислокаций и дислокаций высокой плотности, т. е. берется модель кристаллической структуры и пор­тится.

Вторую группутопологических моделей составляют кластерные модели, которые подобны микрокристаллическим, но в качестве основных структурных единиц в них выступают некристаллогра­фические упорядоченные микрокластеры атомов, играющие та­кую же роль, как микрокристаллики.

Третью группутопологических моделей аморфных металличе­ских сплавов составляют модели, основанные на совокупности случайных плотных упаковок жестких и мягких сфер. Примени­тельно к неорганическим стеклам с ковалентными связями раз­новидностью случайной упаковки атомов является модель непре­рывной случайной сетки. Все модели этой группы характеризуют­ся совокупностью равных по размеру сфер (или двух размеров), случайно упакованных и релаксированных до наибольшей плот­ности. Они различаются правилами упаковки, потенциалом взаи­модействия, методикой релаксации и т.д. В конфигурациях слу- чайных плотных упаковок можно вьшелить структурные элементы как кристаллографических, так и некристаллических упаковок.

Модели, основанные на построении структуры из жидкого состояния, строят с помощью ЭВМ путем быстрого охлаждения конфигураций, свойственных жидкости. При этом анализ струк­туры, в отличие от топологических моделей, обычно проводят с помощью так называемых полиэдров Вороного, в которых атомы располагаются не в вершинах, а внутри полиэдра. Тем не менее форма этого многогранника сохраняет характерные элементы сим­метрии в расположении атомов.

Анализ структурных моделей показывает, что во многом они подобны. Сходство между микрокристаллической и кластерной моделями заключается в предположении существования некото­рых структурных единиц, которые различны по топологии. В слу­чае микрокристаллической модели - это кристаллические мно­гогранники, а в случае кластерной модели - это некристаллогра­фические икосаэдры. Полиэдры Вороного, полученные при моде­лировании методом молекулярной динамики из жидкого состоя­ния, также представляют собой искаженные многогранники, по­добные некоторым топологическим моделям, и отображают их симметрию. Это подобие, а также присугствие в аморфной струк­туре осей симметрии пятого порядка указывают на то, что пред­ложенные модели правильно отражают общие закономерности упа­ковки атомов в аморфных металлических сплавах и представляют относительно хорошее приближение к реальной структуре.

Вместе с тем аморфные металлические сплавы разнообразны и, как правило, многокомпонентны, поэтому структурные моде­ли часто не адекватны реальной структуре. В настоящее время нет универсальной модели некристаллического состояния, пригодной для любых систем, позволяющей достаточно полно описать струк­туру и ее связь со свойствами. Такой универсальной модели и не может существовать, так как некристаллическое состояние гораз­до более разнообразно (и интересно), чем кристаллическое, и есть такое множество структур с отличающимся ближним порядком расположением атомов, что описать последний универсальной моделью вряд ли возможно.

Поиск по сайту: