光学石英玻璃纳米级加工性能

提出了一种石英玻璃仿真模型的构建方法,并应用分子动力学(MD)仿真结合纳米压痕实验对石英玻璃进行了纳米级加工性能的研究。通过计算石英玻璃模型的密度和纳米硬度,验证了模型的准确性。对石英玻璃进行了纳米压痕实验,得到了压痕曲线并观察了纳米压痕形貌。最后,对纳米级压痕过程进行了仿真,通过计算配位数研究了损伤层的形成及扩展机理。计算得到的石英玻璃模型的纳米硬度约为9.7~10.7GPa,密度约为2.28g/cm3,与实际测量结果基本一致。仿真结果表明:石英玻璃有着稳定的塑性变形和少量的弹性变形,且存在压痕的尺寸效应。当压头压下时会形成大量的原子稠密区,失去原来共价键的强度,形成损伤层;而表面形貌主要是由于压头向两侧挤压原子和压头的黏附作用形成的。仿真和实验结果都表明石英玻璃比较适合超精密加工。     

过渡金属作用下的金刚石石墨化机理研究*

从电子和原子角度解释了过渡金属对金刚石石墨化催化作用的机理,即过渡金属具有空d轨道,并且在某一面上与金刚石(111)面原子符合对准原则。为了验证此结论,基于第一性原理建立铬、铁、钴、钛、铂、铝、铜原子与金刚石原子的作用模型,进行仿真计算,得到不同过渡金属对金刚石石墨化的影响规律。仿真结果表明：Cr、Fe、Co、Ti、Pt作用下的金刚石结构出现不同程度的石墨化现象,而Al、Cu作用下的金刚石无石墨化现象。不同金属作用下金刚石原子结构的平面度由小到大依次为铁、铬、钴、钛、铂、铝、铜;碳原子间方差由小到大依次为铁、铬、钴、铂、钛、铝、铜;系统能量变化由大到小的顺序依次为铁、铬、钴、铂、钛。通过比较,铁、铬、钴原子对金刚石石墨化具有明显的催化作用,铂、钛原子有一定的催化作用,而铝、铜原子则无催化作用。当金属具有空d轨道且与金刚石在一定面上符合对准原则,未配对电子越多,金属对金刚石石墨化的催化作用越强;反之,当金属价电子层无d轨道或d轨道电子是充满状态时,金属对金刚石石墨化无催化作用。该研究为利用金刚石石墨化机理刃磨金刚石刀具提供了理论基础。