孟凡顺 赵 星 李久会

(辽宁工业大学理学院，锦州 121001)

(2013年1月14日收到;2013年1月28日收到修改稿)

1 引言

近年来，由于超高纯度材料制备和材料中微量元素测试技术的提高，金属中微量杂质对金属力学性能的影响已广为人知[1].杂质在晶界处的偏析导致晶粒间结合的强化与弱化直接关系着金属材料的力学性能[2,3].比如B，C，N，Mo，W等常被用作有益提升力学性能的元素，P，S，Sn等元素的掺入却能降低材料的力学性能[4].Cu及其合金因其良好的导热、导电率及较高的强度在各个领域被广泛应用.Cu材料在制备过程中，因工艺条件的限制，往往会形成各种缺陷(如晶界、位错等)，直接影响着材料的宏观力学表现[5].B能有效的阻止Sb向Cu晶界处偏析，在改善金属晶粒间结合方面也具有极好的记录[6].因此研究B在Cu晶界处的掺杂有重要意义.

Ogata等[7]采用第一性原理方法研究了铜、铝晶体的理想剪切强度，阐明了铜剪切强度低于铝的原因是在软化前有较小的扩展形变范围.Lu等[8]在实验上测得了不同厚度Cu纳米孪晶的拉伸强度，发现样品拉伸强度与孪晶厚度在一定范围内存在反比关系.Geng等[9,10]基于第一性原理计算发展了偏析元素对晶界结合影响的唯象模型并有他人的工作[11,12]验证了其合理性.Freeman等[13,14]利用Rice-Wang热力学模型[15]应用第一性原理方法研究了P，S，B等杂质在Fe和Ni晶界中的作用.Ittermann等[16]从实验上发现B能以替换与间隙掺杂方式植入到Cu晶界处，而且以替换方式植入的机理为直接交换机理而非空位机理……