OpenGL计算机模拟材料二维扩散及其运动及C++程序(2)
时间:2018-06-08 15:01 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
本论文的研究内容是，计算机模拟材料二文扩散及其运动。由于晶体中的扩散是个微观的过程，所以我们很难通过肉眼去跟踪运动的原子，并且实验条件有限，我们更不可能去使用高倍电子显微镜一类的高端仪器，所以我们找到了利用计算机模拟多个原子加热运动的方法跟踪观察，但是模拟三文原子比较麻烦，并且不方便跟踪观察其中的原子轨迹，所以我们缩小范围，对二文原子运动进行模拟，这样更加简单而且直观明了。 1.1 扩散 本论文主要研究的就是用计算机模拟材料加热运动中原子的扩散现象。 扩散过程，是分子挣脱彼此间分子引力的过程，这个过程，分子需要能量来转化为动能，也就需要从外界吸收热量。 晶体学中，扩散是物质内质点运动的基本方式，当温度高于绝对零度时，任何物系内的质点都在作热运动。当物质内有梯度（化学位、浓度、应力梯度等）存在时，由于热运动而导致质点定向迁移即所谓的扩散。因此，扩散是一种传质过程，宏观上表现出物质的定向迁移。在气体和液体中，物质的传递方式除扩散外还可以通过对流等方式进行；在固体中，扩散往往是物质传递的唯一方式。扩散的本质是质点的无规则运动。晶体中缺陷的产生与复合就是一种宏观上无质点定向迁移的无序扩散[1]。晶体结构的主要特征是其原子或离子的规则排列。然而实际晶体中原子或离子的排列总是或多或少地偏离了严格的周期性。在热起伏的过程中，晶体的某些原子或离子由于振动剧烈而脱离格点进入晶格中的间隙位置或晶体表面，同时在晶体内部留下空位。显然，这些处于间隙位置上的原子或原格点上留下来的空位并不会永久固定下来，它们将可以从热涨落的过程中重新获取能量，在晶体结构中不断地改变位置而出现由一处向另一处的无规则迁移运动。在日常生活和生产过程中遇到的大气污染、液体渗漏、氧气罐泄漏等现象，则是有梯度存在情况下，气体在气体介质、液体在固体介质中以及气体在固体介质中的定向迁移即扩散过程。由此可见，扩散现象是普遍存在的。 点缺陷通过与位错的相互作用，还会影响到晶体的力学性质和机械性质，如点缺陷使材料韧性和抗断裂性降低。此外点缺陷还是金属中原子的输运或扩散进程的主要机制，像固体相交、成核、位错和界面的迁移等。因此，晶体点缺陷的研究一直是材料科学、冶金学、固体物理及固体化学研究的中心问题。 晶体中原子或离子的扩散是固态传质和反应的基础。无机材料制备和使用中很多重要的物理化学过程，如半导体的掺杂、固溶体的形成、金属材料的涂搪或与陶瓷和玻璃材料的封接、耐火材料的侵蚀等都与扩散密切相关，受到扩散过程的控制。通过扩散的研究可以对这些过程进行定量或半定量的计算以及理论分析。无机材料的高温动力学过程——相变、固相反应、烧结等进行的速度与进程亦取决于扩散进行的快慢。并且，无机材料的很多性质，如导电性、导热性等亦直接取决于微观带电粒子或载流子在外场——电场或温度场作用下的迁移行为。因此，研究扩散现象及扩散动力学规律，不仅可以从理论上了解和分析固体的结构、原子的结合状态以及固态相变的机理；而且可以对无机材料制备、加工及应用中的许多动力学过程进行有效控制，具有重要的理论及实际意义。 1.2 扩散的微观机制 主要有：间隙机制（扩散激活能低）、空位机制（扩散激活能高）。 其它有：换位机制（直接和循环换位：不产生科肯道尔效应）、填隙机制。 (责任编辑：qin) |