[发明专利]一种金属晶界建模方法、记录媒体及系统

说明书

本发明属于材料设计技术领域，特别涉及一种金属晶界建模方法，包括以下步骤：计算金属的晶格参数；构建原子取向表面模型；通过弛豫表面构型，获取原子配位信息，并进而确定合适的表面模型层数；通过对称镜面操作构建初始晶界模型；通过设置应力、缺陷和滑移等操作，改变晶界构型，在此基础上优化晶界模型，获得最终晶界结构信息，并据此进行材料模拟获取晶界的物理性质。通过该方法，可以迅速有效地获取不同晶界的结构信息，适用于材料的研发和设计，具有很强的应用价值。本发明还提供了一种存储有金属晶界建模程序的非暂态可读记录媒体及包含该媒体的装置，通过处理电路可以调用该程序，以执行上述方法。

技术领域

本发明属于材料设计技术领域，公开了一种金属晶界建模方法、存储有能执行该方法程序的记录媒体及系统。

背景技术

材料在使用过程中大部分都是以多晶状态存在的。多晶体中相邻的晶体间由于原子各有不同的取向，从而形成晶界。晶界可认为是一种晶体缺陷。它结构复杂，原子排列不规则，同时不可避免地存在着杂质和合金添加剂等偏聚元素，有时候会因此导致材料出现晶界脆化现象，严重影响材料的物理性能。

晶界性质的研究长期以来一直是材料科学工程中最重要的领域之一，具有十分重要的理论和实践意义。为了改进材料性能，提高其使役寿命，大量的科研工作开始针对材料晶界的性质展开研究，如晶界滑移、晶界偏析以及脆裂等。伴随着计算机应用技术的不断提升，直接用计算机模拟材料的晶界结构成为一种趋势。它能够直接从原子层次构建模型，准确地描述出材料的结构与性能的对应关系。尤其是精度更高的量子力学第一原理计算方法，它不使用除基本物理常数和原子量以外的任何可调的经验和拟合参数，直接对体系的薛定谔方程进行求解，从而得到体系的总能和电子结构，据此实现对材料的性能的预测分析。

在晶界的模拟研究过程中，获取精确结构的位错结构对于性能预测的准确性至关重要。其次，合适的晶胞尺寸也能节约计算资源，加速研发过程的实施。由于晶界结构的错综复杂，无论是实验技术，还是材料模拟仿真技术对于准确获取晶界的结构信息都是非常困难的，因此设计一种方法可以快速有效地获取不同金属晶界处的原子结构信息对材料性质的表征具有重大的实用价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金属晶界建模方法，采用该筛选方法可以简单快捷地获取不同金属不同晶体取向的晶界结构信息，模拟结果可与实验测量进行比较，该方法可大幅度降晶界模拟操作的复杂性，准确表征出晶界的性质，对于通过晶界调控提升材料的物理性能有着重要的促进作用。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种金属晶界建模方法，包括以下步骤：

(1)计算金属的晶格参数获取原胞结构信息；

(2)根据所述原胞晶体结构，构建原子取向的表面模型；

(3)弛豫所述表面模型，获取所述表面模型不同层数的原子配位信息，确定所述表面模型的层数n；

(4)根据所述层数n，重构表面模型，通过对称镜面操作，去除重复原子层，获取初始晶界模型，晶界模型层数为2n-1；

(5)优化晶界模型。

优选的，所述步骤(2)中，运用三维建模软件Materials Studio或编程方法获取周期性重复的所述表面模型。

优选的，所述步骤(5)中优化是指通过设置应力、缺陷和滑移等操作，使所述晶界模型接近于金属晶界的真实状况。