压力下Mg-Al-Ca合金中Al_2Ca相结构、弹性及电子性能的第一原理研究

采用基于密度泛函理论的CASTEP程序包,计算了不同压力下Al2Ca相的结构、弹性与电子性能。计算所得0 GPa下Al2Ca的晶格参数与实验和其他理论值相吻合。结果表明:随压力增大,Al2Ca相的体模量B、剪切模量G、杨氏模量E增大,材料的硬度增大;且压力低于30 GPa时,Al2Ca为脆性相,之后随压力的增大,材料呈延性,增大压力提高了材料的塑性和延展性。态密度计算结果表明:在压力0~50 GPa下,随压力增加,结构稳定性变差,但其结构仍然是稳定的,没有发生相转变。     

压力对Mg₃Zn₃Y₂相的结构、电子和力学性能影响的第一性原理计算

利用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算方法,研究了高压对面心立方化合物Mg3Zn3Y2的结构,弹性和电子性能的影响。在0GPa下优化的晶格常数与其他计算和实验结果相吻合。计算并分析了Mg3Zn3Y2的弹性常数。基于弹性常数的计算结果,推导了Mg3Zn3Y2的体积模量(B),剪切模量(G),杨氏模量(E),泊松比(ν),各向异性指数(A),熔点和硬度。结果表明压力的增加可以促进Mg3Zn3Y2的力学性能。最后,通过的电子态密度的分析,表明随着压力的增加,Mg3Zn3Y2相的结构稳定性降低。     

压力对Ni_3Pt电子结构和力学性能的影响:第一性原理研究

采用基于第一性原理的平面波赝势方法,研究了压力对γ'-Ni_3Pt电子结构和力学性能的影响。本研究在0~50 GPa压力范围内每隔5 GPa对γ'-Ni_3Pt进行一次加压计算。计算结果表明:0 GPa压力下的平衡晶格常数与他人的实验研究和理论计算结果十分一致;不同压力下的总态密度和分波态密度表明化合物表现出金属特性,且随着压力的增大,体系稳定性先增强后减弱;此外,根据Voigt-Reuss-Hill(VRH)法计算了Ni_3Pt的体积模量(B)、剪切模量(G)、杨氏模量(E)和泊松比(v),发现随着压力的增大,Ni_3Pt晶体的硬度提高,延性和塑性增强。研究表明,压力对Ni_3Pt电子结构和力学性能的影响很大。     

第一性原理研究Al-Y合金在压力作用下的晶胞结构、力学性质、热力学性质和电子结构（英文）

采用基于密度泛函理论的第一性原理研究了压力对Al-Y合金的晶胞结构、力学性质、热力学性质和电子结构的影响。结果表明:晶格常数、弹性常数和弹性模量的计算结果与先前理论计算和实验结果相一致;体模量、剪切模量、杨氏模量、泊松比和德拜温度随压力增大而增大,而热熔则随压力的增大而减小;德拜温度按顺序逐步降低;通过Pugh准则(GB)预测出AlY和Al_3Y相是塑性材料,并随压力的增大塑性增加,而Al_2Y相是脆性材料,其脆性并未随压力增大得到改善;最后还分析了压力对AlY、Al_2Y和Al_3Y相的态密度和电荷布局的影响。     

Mg-Zn-Y-La合金中二元相的电子结构和力学性质的第一性原理计算（英文）

为了研究稀土元素对镁锌合金性能的影响,利用基于第一性原理计算的平面波赝势方法,对Mg_2Y、Mg_2La和Mg_3La的结构稳定性、电子结构和力学性能进行了计算和分析。形成热和结合能的计算结果表明,Mg_3La具有最强合金化能力,而Mg_2La具有最强的结构稳定性。通过电子态密度(DOS),电子占据数和差分电荷密度分析了结构的稳定机制。计算了3种结构的弹性常数,并进一步得到了体模量B,剪切模量G,杨氏模量E和泊松比γ等。计算结果表明:Mg_2Y具有最强的抵抗变形能力,Mg_3La具有最强的刚度和抵抗剪切变形能力,而Mg_2La塑性最强。进一步分析表明Mg_2Y和Mg_2La为延性相,而Mg_3La为脆性相。此外,硬度和熔点的计算结果表明,3种金属间化合物中,Mg_3La的硬度最大,Mg_2Y的熔点最高。     

第一性原理研究压力下Ni-Mo二元化合物的力学性能和电子结构

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究压力对Ni-Mo二元化合物Ni4Mo、Ni3Mo(DOa)、Ni3Mo(DO22)、Ni2Mo力学性能和电子结构的影响。研究表明：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;形成热均为负值,且随着压力的增大形成热减小,说明增大压力可提高化合物的合金化能力;体积模量B、剪切模量G、杨氏模量E、拉梅常数λ、硬度H的计算结果表明压力可提高四种化合物的抗变形、抗压缩能力及硬度,另外,B/G和泊松比ν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。     

第一性原理研究压力对Ni-Mo二元化合物力学性能和电子结构的影响

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究压力对Ni-Mo二元化合物Ni_4Mo、Ni_3Mo(DOa)、Ni_3Mo(DO_(22))、Ni_2Mo力学性能和电子结构的影响。研究表明:0~40 GPa压力范围内,随着压力的增大,相对体积V/V_0不断减小且趋势减缓;形成热均为负值,且随着压力的增大形成热减小,说明增大压力可提高化合物的合金化能力;体积模量B、剪切模量G、杨氏模量E、拉梅常数λ、硬度H的计算结果表明压力可提高4种化合物的抗变形、抗压缩能力及硬度。另外,B/G和泊松比v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4种化合物的稳定性及硬度。     

Al_2Sr和Mg2sr相结构稳定性与弹性性能的第一原理计算

采用基于密度泛函理论的CASTEP和DMOL程序软件包,计算了Mg_(17)Al_(12),Al_2Sr和Mg_2Sr柏的结构稳定性、弹性性能和电子结构.合金形成热和结合能的计算结果显示,Al_2Sr具有最强的合金化形成能力和结构稳定性.Gibbs自由能的计算结果表明,随着温度的升高,Mg_(17)Al_(12),Al_2Sr和Mg_2Sr的结构稳定性发生了变化,在实际工作温度高于423 K以上时,Al_2Sr的结构稳定性最好,Sr合金化Mg-Al基合金形成Al_2Sr有利于提高镁合金的高温抗蠕变性能.体模量(B)、弹性各向异性系数(A)、Young's模量(E)、剪切模量(G)和Poisson比(v)的计算结果表明,Mg2Sr为延性相,而Mg_(17)Al_(12)和Al_2Sr为脆性相,Mg_2Sr的塑性最好.态密度和Mulliken电子占据数的计算结果表明,Al_2Sr结构最稳定的原因主要源于体系存在强烈的共价键作用,而Mg_(17)Al_(12)结构隐定性优于Mg_2Sr是体系中离子键与共价键共同作用的结果.     

压力对Mg_3Zn_3Y_2相的结构、物理和电子性能影响的第一性原理计算（英文）

利用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算方法,研究了压力对面心立方化合物Mg_3Zn_3Y_2的结构、弹性和电子性能的影响。计算并分析了Mg_3Zn_3Y_2的弹性常数。基于弹性常数的计算结果,推导了Mg_3Zn_3Y_2的体积模量(B),剪切模量(G),杨氏模量(E),泊松比(n),各向异性指数(A),熔点和硬度。结果表明,在0GPa下优化的晶格常数与其他计算和实验结果相吻合,压力的增加可以促进Mg_3Zn_3Y_2物理性能的提高。此外,Mg_3Zn_3Y_2的各向异性指数(A)随压力的增加而增加。通过对电子态密度的分析表明,随着压力的增加,Mg_3Zn_3Y_2相的结构稳定性降低。     

Mg-Al-Y合金中Al-Y金属间化合物的相稳定性、弹性和热力学性质的第一原理计算

通过基于密度泛函理论的第一原理计算方法,对Mg-Al-Y合金中的主要强化相,即Al_2Y和Al_3Y的相稳定性、电子结构、弹性性质以及热力学性质进行计算。相生成热的计算结果表明:Al_2Y和Al_3Y均可稳定存在,Al_2Y的结构稳定性更强,因此,在合金的凝固过程中,Al_2Y优先析出。Al_2Y和Al_3Y的电子态密度(DOS)和差分电荷密度计算的结果表明:Al_2Y和Al_3Y两相可以稳定存在的内在本质在于Al原子与Y原子的价电子轨道发生强烈的相互作用,形成了spd杂化。两相内的原子成键均为共价键、离子键和金属键。体模量B、剪切模量G、弹性模量E、泊松比v和各向异性因子A等力学性质参数的计算结果表明:这两种相为强硬的脆性相并都为各向同性,因此,具有相似的强化效果。两相熔点较高表明其具有很好的热稳定性,能够提高合金的高温性能。声子谱和声子态密度计算以及德拜温度的计算结果进一步验证了两相具有结构稳定性较高。两相的热力学性质符合一般热力学规律,其中自由能的计算结果表明:两相的稳定性顺序没有发生变化。随着温度的升高,Al_2Y的结构稳定性仍强于Al_3Y的。     

压力下金属化合物MgZn_2和Mg_2Y力学性能的第一性原理研究

为了研究压力对Mg-Zn-Y合金性能的影响,利用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理方法,研究了Mg-Zn-Y合金中金属化合物MgZn_2和Mg_2Y在0～40 GPa的高压环境下的力学性能,以及MgZn_2和Mg_2Y的晶胞参数。结果表明,Mg_2Y在高压环境下比MgZn_2易于压缩。基于弹性常数Cij的研究结果,分析了MgZn_2和Mg_2Y的体积模量(B)、剪切模量(G)、杨氏模量(E)、泊松比(ν)、各向异性指数(A)等力学参数。结果表明,MgZn_2和Mg_2Y在高压环境下均表现出塑性特征和延性特征以及良好的力学性能;进一步分析表明MgZn_2的抗剪切能力、抵抗外力变形能力、刚度等性能要优于Mg_2Y。随着压力的增加,MgZn_2的塑性和延性同时降低,而Mg_2Y的塑性与延性呈现增强趋势。     

Mg-Al-Sn-Y合金中二元相的电子结构与弹性性质的第一原理计算

采用基于密度泛函理论的CASTEP程序包,计算了Mg-Al-Sn-Y合金中Mg_(17)Al_(12),Mg_2Sn和Al_2Y相的结构稳定性、电子结构和弹性性能等。合金形成热△H和结合能E_(coh)的计算结果表明,Al_2Y相具有最强的合金化能力与体系结构稳定性。电子结构的分析结果解释了这3种金属间化合物的结构稳定性机制和脆性本质。计算出了Mg_(17)Al_(12),Mg_2Sn和Al_2Y三相的3个独立的弹性常数,并进一步得出了体模量、剪切模量、杨氏模量、泊松比等。分析表明Mg_(17)Al_(12),Mg_2Sn和Al_2Y三相均为脆性相,其中Al_2Y最脆且最硬。     

金属化合物MgAg和MgY在压力下力学性能的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算,计算了镁合金中金属化合物Mg Ag和Mg Y在0~20 GPa压力下力学性能。计算在0 GPa压力下Mg Ag和Mg Y的晶胞参数、体模量、剪切模量、杨氏模量、泊松比等数据。结果表明:Mg Ag和Mg Y均满足力学性质稳定性,Mg Ag的抗剪切能力、抵抗变形能力、刚度、延展性均比Mg Y强;而Mg Y塑性好于Mg Ag。在0~20 GPa压力作用下Mg Ag和Mg Y的晶胞晶格常数和晶胞体积均随压力增加而变小,并且Mg Y比Mg Ag的变形率更大,二者的抗变形能力和抗剪切能力均有所增加;Mg Ag和Mg Y的脆性在减弱,延展性在逐渐增加,二者塑性均随着压力增加而增加,二者的结合力均表现为中心原子力,各向异性也均随压力增加而增加。     

Mg-Zn-Y-La合金中二元相的电子结构,力学性质和光学性质的第一性原理计算

为了研究稀土元素对镁锌合金性能的影响,利用基于第一性原理计算的平面波赝势方法,对Mg₂Y、Mg₂La和Mg₃La的结构稳定性、电子结构、力学和光学性能进行了计算和分析。形成热和结合能的计算结果表明,Mg₃La具有最强合金化能力,而Mg₂La具有最强的结构稳定性。通过电子态密度(DOS),电子占据数和差分电荷密度分析了结构的稳定机制。计算了三种结构的弹性常数,并进一步得到了体模量B,剪切模量G,杨氏模量E和泊松比ν等。计算结果表明：Mg₂Y具有最强的抵抗变形能力,Mg₃La具有最强的刚度和抵抗剪切变形能力,而Mg₂La塑性最强。进一步分析表明Mg₂Y和Mg₂La为延性相,而Mg₃La为脆性相。此外,硬度和熔点的计算结果表明,三种金属间化合物中,Mg₃La的耐磨性最好,Mg₂Y的耐热性最好。最后计算并分析了三种晶体结构的折射率,反射率,吸收系数和损失函数。     

医用低模量Ti-Mo-Sn合金的第一性原理计算（英文）

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了Mo含量对Ti-xMo-Sn(x=1～5)合金相稳定性、弹性性质及其电子结构的影响,采用Voigt-Reuss-Hill近似方法估算了体系的多晶弹性模量,提出了低模量Ti-Mo-Sn合金的价电子准则,为医用钛合金的设计提供了理论基础。结果表明:Mo元素合金化能明显提高Ti-xMo-Sn合金的β相稳定性,所有合金都满足力学稳定性要求,随Mo元素含量增加,合金的体积模量B逐渐变大,而剪切模量G和杨氏模量E先减小后增大,其中Ti-3Mo-Sn具有最低的杨氏模量(48.47 GPa)和最佳的延展性,在生物医用领域展现出巨大潜力。Ti-xMo-Sn合金的弹性各向异性A与Mo元素含量有关,低弹性模量取向始终沿100晶体学方向。最后,结合Ti合金的总态密度(DOS)和分波态密度(PDOS)分析讨论了Mo元素对β相结构稳定性的影响机制。     

高压高温下Re 2 N的弹性和热力学性能

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,系统研究高压高温下Re2N的晶体参数、力学性能和热力学性能。结果表明：在高压下Re2N具有明显的弹性各向异性,与弹性常数C12、C13、C44相比,C11和C33的变化随着压力的变化非常明显。此外,首次计算Re2N的体弹模量B、弹性模量E和剪切模量G沿不同晶轴的分布。弹性模量在一些主要晶轴方向上的大小分布趋势如下：[0001][1211][1010][1011]EEEE〉〉〉。计算结果还表明：在（0001）晶面,Re2N的抗剪切能力是最低的,从而极大地减小对大剪切变形的阻力。基于准简谐德拜模型,在0~50GPa压力和0~1600K温度下得到德拜温度、格林艾森参数、热传导以及热扩散系数的变化行为。     

医用低模量Ti-Mo-Sn合金的第一性原理计算研究

本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了Mo含量对Ti-xMo-Sn(x = 1-5)合金相稳定性、弹性性质及其电子结构的影响,采用Voigt-Reuss-Hill近似方法估算了体系的多晶弹性模量,提出了低模量Ti-Mo-Sn合金的价电子准则,为医用钛合金的设计提供了理论基础。研究结果表明：Mo元素合金化能明显提高Ti-Mo-Sn合金的β相稳定性,所有合金都满足力学稳定性要求,随Mo元素含量增加,合金的体积模量B逐渐变大,而剪切模量G和杨氏模量E先减小后增大,其中 Ti-3Mo-Sn具有最低的杨氏模量(48.47 GPa)和最佳的延展性,在生物医用领域展现出巨大潜力。Ti-xMo-Sn合金的弹性各向异性A与Mo元素含量有关,低弹性模量始终沿<100>晶体学方向。最后,结合Ti合金的总态密度(DOS)和分波态密度(PDOS)分析讨论了Mo元素对β相结构稳定性的影响机制。     

Al_2O_3—ZrO_2陶瓷的研究

本文主要对Al_2O_3—ZrO_2陶瓷材料进行了研究。利用化学法制备了Al_2O_3和ZrO_2微粉,并对两种微粉的性能进行了测试。利用常压氧化气氛烧结技术制备了Al_2O_3—ZrO_2陶瓷材料,并对其力学性能进行了评价。在我们的试验条件下,研制的Al_2O_3—ZrO_2陶瓷材料的力学性能分别为:维氏硬度Hv=12GPa,弯曲强度σ=1050MPa,断裂韧性K_(IC)=12.2MPam~(1/2),杨氏模量E=258GPa,并对Al_2O_3—ZrO_2陶瓷材料的生成机理及增韧机理进行了研究。     

压力对L1_2-Co_3(Al,W)化合物弹性性能与电子结构的影响

基于密度泛函理论,采用第一性原理赝势平面波方法计算了不同压力下L12-Co3(Al,W)化合物的弹性性质与电子结构。计算得到零压力下的点阵常数a0与实验值和理论值相符,计算结果表明:在0~45 GPa压力范围内,L12-Co3(Al,W)化合物的弹性常数Cij(C11、C12、C44)与压力满足三阶多项式关系,体模量B、剪切模量G、本征塑性、断裂韧性随压力的增强而增加;通过引入总化学键重叠布局数,定量的计算了金属间化合物的共价键性能,结果显示压力的增加会不断增强L12-Co3(Al,W)化合物中的共价键强度;电荷差分密度分析表明,随着压力的增加,W原子得到电子,Al原子失去电子,Co-Co、Co-W原子间电荷密度明显增强,表现出更强的键合作用。     

RhZr2电子结构和弹性性质的第一性原理

通过基于密度泛函理论(Density Functional Theory,DFT)的第一性原理(First Principles),分别应用广义梯度近似(GGA)和局域密度近似(LDA)平面波超软赝势法,计算四方晶相RhZr2基态的电子结构和弹性系数矩阵。对四方晶相结构的RhZr2进行几何优化,对其能带结构、总态密度和分态密度以及差分电荷密度进行研究,并计算RhZr2晶体的原胞总能量与形成焓。计算得到RhZr2的弹性系数C11、C12、C13、C33、C44、C66分别为195.38、176.80、109.00、235.65、11.12、24.51GPa,体积模量为156.92(±2.22)GPa,在[100]、[010]和[001]方向上的杨氏模量分别为34.77、34.77、171.80GPa,切变模量Gxy、Gzx、Gzy分别为24.79、14.57、19.68GPa。