Al-Sc金属间化合物的电子结构及稳定性和热力学性质

摘要

采用基于密度泛函理论的赝势平面波法,计算Al-Sc的4个稳定相的电子结构,分析其成键情况,并采用基于第一性原理的热力学计算公式,计算各相的生成焓、结合能、德拜温度、体弹模量和自由能.结果表明:Al-Sc金属间化合物在费米面以下,主要通过Al3s-Sc3d和Al3p-Sc3d杂化成键,在费米面以上则以Sc3d成键为主;随着Al在各相中所占比例的增大,体系中共价性增大,稳定性提高,且Al2Sc与Al3Sc在低能级区成键电子较多,结构较为稳定.在4个化合物中,0 K时合金化形成能力最强的是Al2Sc(H0=-52.02 kJ/mol),最弱的是AlSc2(H0=-35.93 kJ/mol).自由能计算所得曲线表明:Al2Sc的结构稳定性最好,AlSc2的最差;随着温度的升高,晶体稳定性都降低.所有热力学计算值与试验值吻合良好.