L12相金属间化合物极端泊松比的第一性原理研究

摘要

L12相金属间化合物由于其高度对称性，具有良好的耐高温性、抗蠕变性、耐磨性、抗氧化性等优点。关于该结构的研究有很多，但未涉及到拉胀性。而拉胀性作为一种特殊的弹性性能，可使材料表现出优异的力学性能，具有极高的研究价值。但是目前金属的拉胀性研究相对较少，对其起因机理的探索更为单一。本文从电子结构角度入手，采用第一性原理方法，系统地研究了二元L12相金属间化合物的极端泊松比，并探讨了其产生机理。另外，本文采用ATAT软件包构建了三元 Al3Sc1-xVx型 L12相金属间化合物的SQS-32模型，并研究了三元结构的极端泊松比及产生机理。主要工作如下：
　　(1)采用第一性原理方法，系统研究了102种A3B型L12相金属间化合物的弹性常数、相关弹性模量和极端泊松比，并探讨了极端泊松比与各因素间的关系。结果表明：本文所选结构的弹性常数均满足力学稳定性标准；31％的被研究对象具有负泊松比；材料的拉胀性与各向异性、组元的电子结构及电子功函数均有密切关系；分析差分电荷密度图得知，材料的塑性和拉胀性均与原子间连接键的方向性有关。最终得出，拉胀性起源于电子结构，是由各向异性电荷再分配引起的。
　　(2)采用第一性原理方法计算了三元 Al3Sc1-xVx型 L12相金属间化合物的弹性常数、相关弹性模量与极端泊松比，并对具体性质进行了分析。首先，模型误差和形成焓的分析结果，验证了本次构建的模型可稳定存在；晶格常数和弹性常数与其他文献的数据对比结果，表明我们计算的可靠性。然后，各参数随 V元素含量变化情况，证实了第三元素的合理添加可有效改善材料的稳定性和拉胀性。最后，对比各方向上杨氏模量的大小得出，三元L12相金属间化合物Al3Sc1-xVx原子连接形式与二元化合物相同。因此，三元结构的拉胀性机理同样可以归因于各向异性电荷的再分配。

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第1章 绪论

1.1 引言

1.2 L12相金属间化合物的研究概况

1.3 拉胀材料的研究概况

1.4 金属的拉胀性研究现状

1.5 主要内容及目的和意义

第2章 理论背景与研究方法

2.1 理论基础

2.2 密度泛函理论

2.3 交换关联泛函近似

2.4 投影缀加波(PAW)方法

2.5 L12相金属间化合物的弹性常数

2.6 VASP软件包介绍

第3章 A3B型L12相金属间化合物的极端泊松比研究

3.1 A3B型L12相金属间化合物极端泊松比的研究方法

3.2 A3B型L12相金属间化合物单晶弹性常数

3.3 A3B型L12相金属间化合物的各向异性

3.4 A3B型L12相金属间化合物的极端泊松比

3.5 小结

第4章 Al3Sc1-xVx型L12相金属间化合物的极端泊松比研究

4.1 特殊准随机结构(SQS)模型介绍

4.2 Al3Sc1-xVx结构SQS-32模型的构建和误差分析

4.3 Al3Sc1-xVx型L12相金属间化合物的结构和性能研究

4.4 小结

第5章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

致谢

附录A 二元L12相金属间化合物的计算结果

攻读硕士学位期间已公开发表的论文