TC4时效相变及扩散连接的分子动力学模拟

利用分子动力学方法模拟研究TC4时效相变及扩散连接过程。采用混合势分析了TC4三元合金时效相变过程的径向分布函数以及不同晶体结构相对含量的变化。同时研究了不同保温温度下扩散连接过程的原子浓度分布、扩散连接宽度以及扩散系数。结果表明：在时效相变过程中,TC4结构变化主要表现为亚稳 b 相析出 a 新相,状态稳定后, b 相含量达到23%,与实验结果吻合较好;TC4扩散连接过程中,主要是界面附近的钛原子进行扩散,钒原子扩散能力次之,而铝原子相对较少;相同条件下,扩散连接宽度与保温温度呈现较好线性关系;钛原子扩散系数与保温温度呈指数关系,计算结果与实验相符。     

快速凝固过程中纯铜相结构转变的分子动力学模拟

采用分子动力学方法模拟了纯铜的凝固过程，考察了在不同冷却速度条件下纯铜相转变过程中的结构变化特点。原子间相互作用势采用ＥＡＭ势。结构分析采用键取向序和对分析技术。计算结果表明，ＥＡＭ势完全适用于处理较复杂的无序体系。液态的偶关联函数计算与实验结果符合的很好。非晶体转变点的计算值与其它理论方法得出的预测值十分接近。给出了液态、过冷、液态、非晶态和晶态转变时的微观结构信息。     

金属Cu熔化及晶化行为的计算机模拟

采用分子动力学方法对500个金属Cu原子的模型体系在熔化及晶化过程中的结构组态、能量变化进行了计算机模拟研究．原子间作用势采用FS势．模拟结果表明：在连续升温过程中，金属Cu在1444K熔化；在较慢冷却条件下，液Cu在1014K结晶；在较快冷速条件下，液Cu形成非晶态．从能量的角度分析了模拟过程中温度变化速率对结果的影响，并给出了体系微观结构与能量变化关系的物理图像．     

Cu_(66)Ti_(34)非晶合金凝固过程的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟了二元合金Cu66Ti34的凝固过程。原子间作用采用GEAM势,利用偶关联函数,均方位移(MSD)等分析方法,研究Cu66Ti34合金在4×1013 K/s冷却速度下的玻璃化转变温度、原子的扩散行为。结果表明,通过偶分布函数第一谷的最小值与第一峰最大值之比获得的玻璃转变温度为600 K,与相近成分Cu50Ti50的实验值接近;在800 K时,Cu和Ti的MSD最大值均小于1×10?2 nm2,合金熔体很粘稠;在600 K时,曲线的斜率降低,在动力学上合金熔体已经凝固。定压比热容与温度成二次分布关系,存在一个峰值温度为892 K的热力学玻璃转变温度,证明了用动力学方法和用热力学方法获得的玻璃转变温度之间的差异。     

液态合金NiAl3冷却过程中的分子动力学模拟

采用反映原子间多体相互作用的F－S势模型，对液态NiAl3在不同冷却速率下的微观结构及其转变机制进行了分子动力学模拟。得到了不同温度，不同冷速下NiAl3的偶关联函数。结构分析采用键取向序和对分析技术。计算结果表明，冷却速率对液态NiAl3的结构转变有重要影响。给出了不同冷却速率下液态NiAl3结构转变和微观信息。     

快速压力渗碳工艺及其机理分析

介绍了快速压力渗碳工艺，并对其机理进行了分析。提高渗碳炉内压力，可提高气氛中的碳势，增大工件表面对活性碳原子的物理吸附速度，同时也可提高内扩散速度．从而提高此工艺的渗碳速度，缩短渗碳时间．提高生产效率。     

β钛中合金原子与间隙氧的相互作用及氧在β钛合金中扩散的第一性原理研究

利用第一原理平面波赝势方法研究β钛间隙原子氧与合金原子(Nb,Zr,Sn)相互作用以及氧在β钛中的扩散.氧在纯β钛中的扩散研究表明:在0 K下,由于β钛在低温下的结构不稳定性,氧在β钛中的稳定位置偏离高对称的八面体间隙位置,其扩散势能曲线为"W"型;随着电子温度的升高,β钛结构稳定性增加,扩散势能曲线趋于抛物线型.合金原子与氧的相互作用能计算结果表明,合金原子与其最近邻八面体中的氧相互排斥,与次近邻氧吸引.从合金原子与氧的化学作用及弹性作用两个角度对相互作用能进行分析.在TiNb中氧倾向于占据周围Ti原子较多且最近邻位置有Ti的八面体间隙.     

纯铜表面纳米化对镍扩散的影响

利用表面机械研磨处理(SMAT)在纯铜表面制备出纳米结构表层,并对其表面进行了电镀镍处理,采用扫描电子显微镜分析了镍原子在纳米晶铜中的扩散行为.结果表明:表面纳米晶层内存在有大量非平衡态缺陷和晶界,尤其是三叉晶界数量增加,降低了镍原子扩散的激活能,提高了其扩散系数,从而加快了镍原子的扩散.     

LaNi5（111）表面结构及吸氢机理的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一原理赝势平面波方法,对贮氢合金LaNi5及LaNi5(111)表面的电子结构进行计算,对H原子在LaNi5(111)表面吸附模型进行构型优化.结果表明:LaNi5(111)表面驰豫结构La原子向外凸出,Ni原子向里收缩,凹凸不平的表面层增加表面原子与H原子的接触面积,表面层的有效体积约增大2.3%,有利于H原子向块体内扩散;表面层有净余的0.5个电子,有利于表面层上的电子转移到H原子上;H2分子解离成两个H原子后在LaNi5(111)表面的平衡稳定结构与氢化物LaNi5H7晶体相同位置的结构极为相似;阐述H2分子在LaNi5(111)表面的解离吸附机理,其反应活化能约为0.27 ev.     

外场下失稳区合金沉淀机制的计算机研究

基于离散格点形式的微扩散方程(Langevin方程)和非平衡自由能函数，编制了引入原子间相互作用能变化的Al3Li(δ′)相沉淀原子层面计算机模拟程序。该程序包容亚稳区到失稳区的全部温度、成分范围，孕育期至粗化的全过程，可以处理与时间相关的过程问题。开展了不同原子间相互作用势下原子图像、序参数的计算机模拟，进而探讨了最近邻原子相互作用能(W1)对有序相沉淀的影响机制。探明过渡区合金先发生等成分有序化，后进行失稳分解；随W1的增大，有序相沉淀的孕育期缩短，单相有序畴数量增多，面积减小，合金达到最大有序化的时间早，所能达到的最大有序化程度大。W1值较大，会促进合金有序化和原子簇聚，阻碍无序相的形成。     

非晶Cu在晶化过程中的分子动力学模拟

运用分子动力学模拟的方法, 采用紧束缚势函数, 研究了非晶Cu在升温条件下的晶化行为, 分析了系统能量、体积、双体关联函数和局部结构的变化, 并结合键对分析方法计算了不同弛豫时间下典型短程有序结构的分布. 结果表明, 在非晶Cu升温的最初阶段, 原子运动未必造成短程结构的进一步规则化; 结构转变初期,首先发生1431和1541键向1421键的转变, 1421键型数量在400 K以上则基本呈现直线上升的趋势, 接近600 K时达到最大值; 此后1421键的数量随温度的上升而下降, 熔化时其数量急剧减少.     

Temperature dependence of copper diffusion in different thickness amorphous tungsten/tungsten nitride layer

The amorphous W/WN films with various thickness (10, 30 and 40 nm) and excellent thermal stability were successfully prepared on SiO₂/Si substrate with evaporation and reactive evaporation method. The W/WN bilayer has technological importance because of its low resistivity, high melting point, and good diffusion barrier properties between Cu and Si. The thermal stability was evaluated by X-ray diffractometer (XRD) and Scanning Electron Microscope (SEM). In annealing process, the amorphous W/WN barrier crystallized and this phenomenon is supposed to be the start of Cu atoms diffusion through W/WN barrier into Si. With occurrence of the high-resistive Cu₃Si phase, the W/WN loses its function as a diffusion barrier. The primary mode of Cu diffusion is the diffusion through grain boundaries that form during heat treatments. The amorphous structure with optimum thickness is the key factor to achieve a superior diffusion barrier characteristic. The results show that the failure temperature increased by increasing the W/WN film thickness from 10 to 30 nm but it did not change by increasing the W/WN film thickness from 30 to 40 nm. It is found that the 10 and 40 nm W/WN films are good diffusion barriers at least up to 800°C while the 30 nm W/WN film shows superior properties as a diffusion barrier, but loses its function as a diffusion barrier at about 900°C (that is 100°C higher than for 10 and 40 nm W/WN films).     

Cu互连中Ta-Si-N/Zr阻挡层热稳定性的研究

用射频反应磁控溅射的方法在Si(100)衬底和Cu膜间制备Ta-Si-N(10 nm)/Zr(20 nm)双层结构的扩散阻挡层.Cu/Ta-Si-N/Zr/Si样品在高纯氮气的保护下从600至800℃退火1 h.通过四探针电阻测试仪(FPP)、SEM、XRD和AES研究Cu/Ta-Si-N/Zr/Si系统在退火过程中的热稳定性.结果表明:沉积到Zr膜上的Ta-Si-N表面平坦,为典型的非晶态结构;Cu/Ta-Si-N/Zr/Si样品650℃以上退火后Zr原子扩散到Si中形成的ZrSi2能有效地降低Ta-Si-N与Si之间的接触电阻;Ta-Si-N/Zr阻挡层750℃退火后仍能有效地阻止Cu的扩散.     

基于分子动力学的Cu3Sn/Cu界面元素扩散行为数值模拟

文中采用修正的嵌入原子势函数(modified embedded atomic method, MEAM)的分子动力学模拟,研究了无铅焊点中Cu3Sn/Cu界面元素的扩散过程,对界面元素的扩散行为进行了分析计算,获得了界面各元素的扩散激活能,根据元素扩散的经验公式得出界面过渡区的厚度表达式. 结果表明, 扩散过程中主要是铜晶格中Cu原子向Cu3Sn晶格中扩散. 其中,铜晶格内原子以较慢的速率扩散,但可以深入Cu3Sn晶格内部,Cu3Sn中原子以较快的速率扩散,但难以进入铜晶格内部. 结合阿伦尼乌斯关系和爱因斯坦扩散定律,计算得到界面处铜晶格原子的扩散激活能为172.76 kJ/mol,界面处Cu3Sn晶格中Cu原子扩散激活能为52.48 kJ/mol,Sn原子扩散激活能为77.86 kJ/mol.     

Mg_(65)Cu_(25)Y_xGd_(10-x)(x=0,5,10)玻璃形成能力的EXAFS分析

采用扩展X射线精细结构谱（EXAFS）分析了Mg65Cu25YxGd10-x（x=0,5,10）非晶合金局域原子结构及合金的玻璃形成能力差异的原因。结果表明,随着替代元素Gd含量的增加,淬态Mg65Cu25YxGd10-x非晶合金吸收原子Cu周围的配位数单调增加,而最近邻原子间距呈现出微弱的下降,短程有序进一步增强。Mg65Cu25YxGd10-x系非晶合金中Cu原子周围形成配位数越大、原子间束缚更加紧密的多面体构型的短程有序结构,越有利于合金玻璃形成能力的提高。     

Zr基非晶合金与铜的扩散连接研究

利用Gleeble 3500热模拟试验机在添加和未添加扩散连接中间层条件下对Zr41.25Ti13.75Cu12.5Ni10Be22.5块体非晶合金与纯铜的扩散连接性进行了研究。实验结果表明,在两种条件下均获得了无裂纹和空洞的良好的连接界面。通过扫描能谱分析和电子探针分析在连接界面处观察到明显的元素扩散,但元素扩散距离较窄。非晶合金中晶化相的出现促进了界面处元素的扩散。     

高密度脉冲电流对Fe－Si－B非晶合金晶化过程的影响

对非晶Ｆｅ（７８）Ｓｉ９Ｂ（１３）合金进行了连续高密度超短脉冲电流处理和对应的等温退火处理，用Ｍｏｓｓｂａｕｅｒ谱学技术研究处理后非晶试样的微观结构变化与晶化行为．实验结果表明，脉冲电流处理明显促进非晶合金的晶化，电脉冲对晶化的影响取决于脉冲电流对非晶中原子扩散的激励作用．     

非晶态合金晶化过程的一种新微观机制SCIEI

根据对非晶态合金微观结构的分析和原位加热TEM观察非晶态Ni-P合金薄膜动态晶化过程的实验结果,本文提出了一个新的晶化微观机制,即非晶态合金的晶化过程由两个不同过程组成;(1)单原子由非晶态问晶胚(或晶体)表面的扩散过程;(2)有序原子团的长大及切变合并或切变沉积过程。部分晶化非晶态Ni-P合金的TEM观察结果为新晶化微观机制的适用性提供了证据。并用此机制解释了晶化过程中的初生晶体结构形态等实验结果。     

Cu－Al爆炸焊结合层的透射电镜研究

用透射电镜（ＴＥＭ）研究了Ｃｕ－Ａｌ爆炸焊的结合层，爆炸焊连接是由熔化和扩散共同作用的结果．在熔区内存在非晶态与晶态，晶态主要由ＣｕＡｌ_２．Ｃｕ_３Ａｌ_２和Ｃｕ_４Ａｌ组成．与熔区相邻的Ａｌ侧发生了再结晶，Ｃｕ向Ａｌ中的扩散距离＜１００ｎｍ，析出针状的ＣｕＡｌ_２相与熔区相邻的Ｃｕ侧只发生了回复，Ａｌ向Ｃｕ中的扩散距离＜１００ｎｍ，形成了新相层，可能是Ｃｕ_３Ａｌ_２和Ｃｕ_４Ａｌ．在非熔化区存在Ｃｕ和Ａｌ的互扩散，形成新相层的厚度＜１００ｎｍ．     

压痕过程中非晶Cu形变诱导晶化行为的原子模拟

采用Mishin镶嵌原子势,通过分子动力学方法模拟了非晶Cu在压痕作用下的形变诱导晶化行为,考察了压痕过程中能量、应力与微观结构演化的关系.局部塑性变形区域出现微小晶核,随着变形的增加,晶核不断生长与合并,局部塑性变形是导致非晶晶化的根本原因最终生成的晶粒具有面心立方结构,其(111)密排面平行于剪切面.非晶相中的纳米晶粒能提高非晶材料的刚度.