原子間空隙

如果在點陣的間隙位置擠進一個同類的原子，就形成了一個自間隙原子；如果外來的雜質原子擠進了點陣的間隙位置，就形成了間隙式雜質原子。間隙原子在離子晶體的導電和擴散中起著重要的作用，因為間隙雜質原子的存在會造成其附近的晶格畸變，整個晶體傾向膨脹。一般來說，間隙雜質原子在晶格間隙間遷移時所需的激活能比較小，因此擴散速率比較快。從電學性質上看，這種雜質具有一個共同點就是它們在禁帶內具有深能級，影響電導率，成為複合中心或俘獲中心。間隙子的熱平衡濃度服從玻爾茲曼分佈，濃度隨著溫度升高而增加。

深沖冷軋鋼，即IF鋼（無間隙原子鋼），是繼沸騰鋼、低碳鋁鎮靜鋼后，當今世界最新一代深沖性能最好的冷軋鋼板。IF鋼可分為r≥1.8的普通級IF鋼和r≥2.0的高端級IF鋼。攀鋼高端級IF鋼產品牌號為“PSC3”，實物質量達到國內同類產品先進水平，已經實現了對進口超深沖冷軋鋼板的替代，完全能夠滿足用戶沖制汽車、摩托車和家用電器的零部件，特別是其中難沖件的要求。

間隙合金是溶質原子分佈於金屬原子點陣間隙而形成的固溶體。在間隙合金中，溶質原子尺寸通常大於金屬原子點陣間隙，金屬原子點陣會產生畸變，在間隙原子周圍形成應力場，這種應變誘發的相互作用影響著合金的物理、化學等性能，如間隙原子的應力場增加位錯運動阻力，使滑移難以進行，間隙合金的強度與硬度提高。不同間隙原子周圍應力場的相互藕合，造成間隙原子間存在應變誘發相互作用。彈性相互作用與來自原子間化學相互作用一併，構成了原子間的有效相互作用，它決定合金的Debby頻率、擴散係數、熱導率等重要參數，並且與合金的有序化現象密切相關。建立了固溶體微觀彈性理論，給出了化學相互作用勢、Kanzaki力和動力學矩陣與間隙原子間相互作用勢間的關係。利用固溶體微觀彈性理論計算了Fe-C系中間隙C原子間的相互作用勢，使用的嵌入原子勢方法獲得了含有兩個C原子系統的化學相互作用勢、Kanzaki力和動力學矩陣。利用點陣靜力學分析方法，建立了簡諧近似下包含應變誘發相互作用的置換合金的總能量模型，確定了置換原子間有效相互作用勢，計算髮現即使在只有6%原子體積差異的置換固溶體合金系統中，原子間的等效相互作用勢仍受到置換合金成分的顯著影響，原因在於Kanzaki力和動力學矩陣均受到合金濃度的影響。由於Khach-aturyans0l的固溶體微觀彈性理論並沒有給出間隙合金的總能量模型的關鍵係數，即化學相互作用勢、Kanzaki力和動力學矩陣的具體形式，而且間隙合金中間隙原子體積與空位體積的差別通常大於6%，Kanzaki力和動力學矩陣同樣應受到合金濃度的強影響。迄今為止，尚缺乏包含彈性相互作用的間隙原子間相互作用規律的研究報道，研究工作僅限於通過第一性原理統計計算，有限的間隙原子數量和大規模計算量限制了研究結果的合理性和準確性。

1.利用Hillert亞點陣理論和點陣靜力學分析方法，建立了簡諧近似下包含彈性效應即應變誘發相互作用的間隙合金總能量模型，再依據點陣靜力學方程的平衡條件，獲得了間隙原子間有效相互作用勢。

2.間隙合金間隙原子間的有效相互作用勢取決於化學相互作用勢、Kanzaki力與動力學矩陣禍合的應變誘發相互作用勢，與原子種類、點陣參數及合金濃度相關。

3.隨著He原子濃度增加，間隙亞點陣常數增大，化學相互作用勢和應變誘發相互作用勢均減小，造成有效相互作用勢降低，有效相互作用主要受變誘發相互作用的影響。