Ni-X(Mo、Sn)二元化合物性质的第一性原理研究

摘要

金属间化合物作为一种重要的高温结构材料，在航空、航天、化工、电子等领域具有广泛的应用。但由于其塑性差、断裂韧性低等缺点，严重限制了金属间化合物的实际应用，且随着应用领域的快速发展，对其综合性能也提出了更高的要求。因此对提高其综合性能的研究具有重要而远大的意义。本文对Ni-X(X=Mo、Sn)二元金属间化合物展开了研究。
　　本文采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法，以Ni-Mo二元化合物(Ni2Mo、Ni3Mo(DO22)、Ni3Mo(DOa)、Ni4Mo)及Ni-Sn二元化合物(mC14-Ni3Sn4、oP20-Ni3Sn2、hP4-Ni3Sn2、cF16-Ni3Sn、hP8-Ni3Sn、cP4-Ni3Sn)为研究对象，利用CASTEP软件包，首先计算了0GPa下各化合物晶格常数、晶胞体积、晶胞总能量、弹性常数、弹性模量、泊松比、拉梅常数、硬度、态密度，其次，研究压力对Ni-X(X=Mo、Sn)二元化合物结构性质、力学性能、电子结构的影响。
　　零压力下计算所得Ni-X(X=Mo、Sn)二元化合物的平衡晶格常数、弹性常数与实验研究和其他理论计算结果十分接近，表明计算方法可行。形成热均为负值，说明均能形成稳定的化合物;Ni-Mo二元化合物中，稳定相比亚稳定相的综合性能高，Ni-Sn二元化合物中，cP4-Ni3Sn的弹性模量、硬度最大，cF16-Ni3Sn的延展性、可塑性和抗压缩能力最好。
　　研究压力对Ni-Mo二元化合物的影响，结果表明:0～40GPa压力范围内，随着压力的增大，相对体积V/V0不断减小且趋势减缓;形成热减小，化合物的合金化能力增强;体积模量B、剪切模量G、杨氏模量E、拉梅常数λ、硬度H均增大，表明压力可提高各化合物的抗变形、抗压缩能力及硬度;B/G和泊松比v增大，表明所有化合物均为延性和塑性的。进行态密度的分析，阐明增大压力可提高四种化合物的稳定性及硬度。
　　研究压力对Ni-Sn二元化合物的影响，结果表明:0～50GPa压力范围内，随着压力的增大，各化合物晶胞相对体积V/V0不断减小，说明抗压缩能力增强;形成热减小，说明化合物越容易形成、合金化能力越强;除cF16-Ni3Sn外其他化合物的抗体积变形能力、抗切应变能力及刚度提高。适当的压力可以提高化合物的延性、可塑性及硬度。进一步进行态密度的分析，从原子角度解释了压力对力学性能的影响，结果表明随着压力的增大，费米能级处的态密度值降低，说明增大压力可以提高化合物的稳定性，与力学性能分析相呼应。

目录

声明

摘要

1．1 镍基合金概述

1．2 课题的国内外研究现状

1．2．2 Ni-Sn二元化合物的研究现状

1．3 课题的研究意义

1．4 课题的研究内容

1．4．2 Ni-Sn二元化合物的研究内容

1．5 课题的计算流程

第2章 第一性原理介绍

2．1 量子力学基本原理

2．1．1 薛定谔方程

2．1．2 绝热近似

2．1．3 轨道近似

2．2．1 Thomas-Fermi模型

2．2．2 Hohenberg-Kohn定理

2．2．3 Kohn-Sham方程

2．3 近似密度泛函

2．3．1 局域密度近似

2．3．2 广义梯度近似

2．4 赝势

2．5 计算软件

第3章 Ni-Mo二元化合物的性质研究

3．1 引言

3．2 计算模型

3．3 计算方法

3．4 结果与讨论

3．4．1 结构性质

3．4．2 弹性性质

3．4．3 电子结构

3．5 本章小结

第4章 Ni-Sn二元化合物的性质研究

4．2 计算模型

4．3 计算方法

4．4 结果与讨论

4．4．1 结构性质

4．4．2 弹性性质

4．4．3 电子结构

4．5 本章小结

第5章 压力对Ni-Mo二元化合物性质的影响

5．1 引言

5．2 计算模型和方法

5．3 结果与讨论

5．3．1 结构性质

5．3．2 力学性能

5．3．3 电子结构

5．4 本章小结

第6章 压力对Ni-Sn二元化合物性质的影响

6．1 引言

6．2 计算模型和方法

6．3 结果与讨论

6．3．1 结构性质

6．3．2 力学性能

6．3．3 电子结构

6．4 本章小结

第7章 结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢