Cu5Zr、Cu5Hf和CuZr的结构、力学及电子性质的研究

摘要

块状金属玻璃（BMG）由于具有较高弹性限度、较高断裂强度和硬度而被人们所熟知。但是许多BMG都会表现出明显的脆性，这极大地限制了它们的进一步发展。为了解决这一问题，经常采用引入第二相的办法。这些引入的第二种结晶相会显著影响金属玻璃的韧性及其它物理和化学性质。所以本文的主要工作将集中在CuZr非晶合金内的三种结晶颗粒（Cu5Zr、Cu5Hf和CuZr）的结构、机械性质和电子性质的研究上。
　　首先，采用第一性原理与准谐德拜模型相结合的方法研究了Cu5Zr和Cu5Hf的结构、弹性和热动力学性质。笔者计算的AuBe5结构类型Cu5Zr和Cu5Hf的晶格常数与之前的理论值和实验值都符合很好。而从形成焓的计算中发现CaCu5类型的Cu5Hf不如AuBe5类型稳定。由于Zr和Hf具有相近的原子半径和化学性质，所以Cu5Zr和Cu5Hf具有相似的机械和热动力学性质。但是Cu5Hf在硬度和抵抗断裂上具有更好的表现，笔者也从电子结构方面给予了分析。
　　其次，用超胞和虚晶近似的方法对Ni和Ti掺杂的B2CuZr合金的相稳定性、马氏体转变（MT）行为和机械性质进行了研究。不同类型超胞的形成焓被用来判断掺杂原子的占位和掺杂元素对B2CuZr相稳定性影响。通过合金元素对某些弹性模量的影响，对组分依赖的马氏体转变开始温度（Ms）做了预测。这些结果将对Ni掺杂的CuZr合金的不同实验结果给出理论上的解释，并且证实Ti使CuZr结构趋于不稳定，从而使Ms降低。结合计算的弹性常数，还对合金元素对CuZr的塑性和负的泊松比的影响进行了研究。
　　最后，讨论了B19＇、B33和CmCuZr之间的关系，并且发现B33是B19＇CuZr的理论上最稳定结构，和Cm相是两种不同结构。进一步地，也对B2、B19＇和B33CuZr的机械性能和各向异性进行了研究。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 Cu-Zr合金的应用

1.1.1 Cu-Zr基非晶合金的研究进展

1.1.2 CuZr合金的形状记忆效应

1.2计算材料学的发展

1.3本文的研究内容和意义

第2章 Cu5Zr和Cu5Hf的机械性质、电子性质和热动力学性质

2.1 计算方法

2.2 结果和讨论

2.2.1 Cu5Zr 和Cu5Hf的结构和机械性质

2.2.2 Cu5Zr和Cu5Hf的电子性质

2.2.3 Cu5Zr和Cu5Hf的热动力学性质

2.3 本章小结

第3章Ni和Ti对B2 CuZr相的稳定性、马氏体转变和机械性质的影响

3.1 计算方法

3.2 结果和讨论

3.2.1 点的占据和相的稳定性

3.2.2 Ni和Ti对CuZr马氏体转变影响

3.2.3 Ni和Ti对B2相CuZr机械性质的影响

3.3 本章小结

第4章 马氏体CuZr的相稳定性、机械性质和各向异性的研究

4.1 计算方法

4.2 结果和讨论

4.2.1马氏体CuZr的结构性质

4.2.2 马氏体CuZr的弹性性质

4.2.3 B2 CuZr和B19＇CuZr的各向异性性质

4.3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢