取向硅钢中铜硫化物结构稳定性的赝势平面波法研究

基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法计算研究了取向硅钢中可能存在的两种铜硫化物抑制剂Cu2S和CuS的能量和电子结构,并从形成能和结合能两方面分析了这两种铜硫化物的相结构稳定性.结果表明:Cu2S具有较强的形成能力和更稳定的结构.计算电子态密度(DOS)的结果为:Cu2S和CuS费米能级处的态密度分别为1.65/eV和2.28/eV;Cu2S的赝能隙比CuS更宽些.这些结论也证明了Cu2S具有更稳定的结构.     

Mg-Er金属间化合物稳定性与电子结构的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势方法优化Mg-Er合金体系中MgEr、Mg2Er和Mg24Er5这3种金属间化合物的结构模型,通过形成热、结合能和电子结构的计算分析了化合物的稳定性与其晶体结构的内在联系。结果表明:3种Mg-Er金属间化合物的形成热和结合能均为负值,化合物的形成能力和稳定性均随着化合物中Er含量的降低而降低。在费米能级低能级区域,Mg的3s、2p轨道与Er的4f、5d轨道发生重叠,产生了轨道杂化;在费米能级高能级区域,Mg的2p轨道与Er的5d轨道也存在少量的杂化。随着化合物中Er含量的降低,化合物中平均每个原子在费米能级低能级处的成键电子数减少,化合物的稳定性降低。在Mg、Er原子周围均有大量的电荷存在,呈典型的金属键特征,Mg、Er之间的电子云只有部分重叠,交界处电荷的畸变不大。Mg-Er金属间化合物的价键结合具有金属键和共价键两重性,其中金属键占主导地位。Mg、Er原子的电荷转移量随化合物中Er含量降低而减少,化合物的共价键性降低,稳定性下降。     

TbMn6—xCoxSn6赝三元化合物的结构和磁性

本文研究了ＴｂＭｎ６－ｘＣｏｘＳｎ和赝三元化合物的结构和磁性，结果表明：用Ｃｏ部分取代ＴｂＭｎ６Ｓｎ６中的Ｍｎ不改变其晶体结构，但随Ｃｏ含量的增加晶格常数和单胞体积单调减小；居里温度随Ｃｏ含昨增大而降低；自旋重取向温度也随Ｃｏ含量增大而降低，但Ｃｏ含≥０．６时自旋重取向消失；     

掺Cu的RECo_5型金属间化合物电子结构

基于合金元素的晶位占据特性,本文提出了一个用于研究非磁性元素Cu作用机制的模型体系,计算了它们的电子结构。结果表明:Cu置换2c晶位Co导致体系能谱向浅势阱移动,能隙减小,原子间电荷重新分布,并产生了新的由杂质贡献的态;分波局域态密度给出了体系中各原子间的轨道相互作用。对Hellmman-Feynman力的分析表明:Cu置换2c晶位Co显著降低了体系的热膨胀各向异性。     

Co-Sc金属间化合物物性参数和结构稳定性北大核心CSCD

采用基于密度泛函理论的第一性原理法对Co-Sc体系中Co Sc、Co2Sc和Co Sc2化合物的热力学参数、电子结构和弹性性质进行计算,分析了3种化合物结构的稳定性和力学性能。结果表明:3种化合物Co Sc、Co2Sc和Co Sc2形成能分别是-0.54、-0.51和-0.36 e V,结合能分别为-6.08、-6.07和-5.56 e V。热力学能均是负值,3种化合物能稳定存在。Co Sc、Co2Sc和Co Sc2费米能级分别为0.6、7.8和8.1 e V,Co Sc在费米能级处的电子能量最小稳定性最好。态密度图分析3种化合物都是金属间化合物。Co Sc的Co(p)、(d)轨道和Sc(p)、(d)轨道电子明显重叠,发生了强烈的杂化作用。Co Sc、Co2Sc和Co Sc2体积模量分别为2.7、172.1和59.3 GPa,Co2Sc有最强的抵抗体积变化特性。Co Sc、Co2Sc和Co Sc2剪切模量分别为72.7、70.1和20.9GPa,Co Sc的刚度相对较强。Co Sc的B/G<1.75为脆性材料,而Co2Sc、Co Sc2的B/G分别为2.46、2.84为塑性材料。     

zA62镁合金中AB_2型金属间化合物的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Castep和Dmol程序软件包, 计算了ZA62镁合金中AB₂型金属间化合物 MgZn₂, Mg₂Sn和MgCu₂的结构稳定性、弹性性能与电子结构. 合金形成热和结合能的计算结果显示:  Mg₂Sn具有最强的合金化形成能力, 而MgCu₂结构最稳定; 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(ν)的计算结果表明: MgZn₂和MgCu₂为延性相, 而Mg₂Sn为脆性相, MgZn₂的塑性最好; 采用弹性常数、体模量和结合能的经验公式计算金属间化合物的熔点, 实验值均在采用弹性常数(±300 K)和体模量(±500 K)计算熔点预测的范围内, 采用弹性常数比采用体模量和结合能预测熔点的平均相对误差小, 其中采用弹性常数计算Mg₂Sn的熔点与对应的实验值十分接近, 相对误差仅为0.31%. 不同温度下热力学性质的计算结果表明, 在298-573 K温度范围内, MgCu₂的Gibbs自由能始终最小, 其结构热稳定性最好, 结构稳定性的强弱顺序并不随温度的升高而消失; 而对MgZn₂和Mg₂Sn, 以475 K为临界, 结构稳定性的强弱顺序随温度的升高发生了变化; 态密度和Mulliken电子占据数的计算结果表明: MgCu₂ 结构最稳定的原因主要在于体系在Fermi能级以下区域成键电子存在强烈的离子键作用.     

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.     

Cr、Mo和W对FeAl金属间化合物电子结构和力学性能影响的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算了B2型FeAl金属间化合物的Fe8Al8和Fe8XAl7(X=Cr,Mo和W)超晶胞系统总能量、结合能、晶格常数、弹性常数、态密度和差分电荷密度,研究了合金元素对B2型FeAl金属间化合物晶体结构、电子结构和力学性能的影响。根据系统驰豫和几何优化确定了合金系统的稳定晶体结构;计算结果表明:随着加入元素原子半径的增大,合金的晶格常数相应增大,Fe8WAl7的晶格常数最大,Fe8CrAl7的晶格常数最小。Cr、Mo和W的加入均提升了FeAl的体模量、剪切模量和弹性模量以及改善了FeAl的脆性,其中Mo的加入对FeAl的脆性改善作用最大。根据电子结构和Cauchy压力参数计算结果的分析,FeAl金属间化合物为脆性相,主要原因是其电子结构中Fe的s、p、d态与Al的s、p态存在电子轨道杂化,呈明显的共价键特征。合金元素改善FeAl脆性的微观机理为:合金元素原子以d轨道电子为主参与了FeAl金属间化合物的电子杂化,增强了FeAl合金的结合能力;合金元素原子的加入使电荷转移量增加,增强了原子间离子键成分的作用,提高了FeAl合金的稳定性。     

Mg-Al-Si-Ca合金系金属间化合物的电子结构和力学性能的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法,计算了Mg-Al-Si-Ca合金系金属间化合物Mg2Si,Mg2Ca,Al2Ca以及Si2Ca四相的形成焓,结合能,弹性常数及态密度。形成焓和结合能的计算结果表明:Al2Ca的合金化能力最强,Si2Ca相的结构最稳定;体模量(B)、剪切模量(G)、杨氏模量(E)和泊松比(ν)的计算结果表明:四相均为脆性相,且Mg2Si相的塑性最差,结合弹性模量和态密度分析,得出Mg2Ca的塑性最好;态密度和Mulliken布居分析表明:四相中均存在离子键和共价键,共价键由强到弱顺序为Si2Ca,Al2Ca,Mg2Si,Mg2Ca;而离子键强弱顺序按Mg2Si,Al2Ca,Si2Ca,Mg2Ca依次递减;而Si2Ca最稳定的原因是其共价键比其他三相更强。     

TiAl金属间化合物高温结构材料研究的进展

金属间化合物是一种介于无机非金属陶瓷和金属之间的新型材料,它同时兼有金属的韧性和陶瓷的高温性能,而金属间化合物     

First-Principles Study on the Stabilities of the Intermetallic Compounds in Mg-Nd Alloys

Using the first-principle pseudopotential plane wave (PPW) method based on the density functional theory, structural optimization was conducted on various intermetallic compounds of the binary Mg-Nd alloy. With their ground-state energies obtained, the structural stabilities of these intermetallic compounds were studied in terms of formation heat and binding energy of the alloy. The results show that the absolute values of the binding energies of various intermetallic compounds increase with the increase of Nd content, among which the absolute value of the binding energy of MgNd is the greatest while that of Mg12Nd is the smallest. It is indicated that among all the intermetallic compounds formed in Mg-Nd, the structure of MgNd is the most stable while that of Mg12Nd is the most unstable. This result is consistent with the experiment data. The Mg12Nd phase does not exist in the phase diagram of Mg-Nd alloy. In addition, the densities of electronic state of these structures were calculated and an explanation was given in terms of the electronic structure.     

B2型Y基金属间化合物YX（X=g，Cu，In，Rh）延性预测

采用第一原理赝势平面波方法——CASTEP程序计算了4种B2型Y基金属间化合物YH（X=Ag，Cu，In，Rh）的部分弹性性质，计算结果与文献报道值基本一致。通过Pugh定律、Cauchy压力和泊松比等经验判据，分析并预测了它们的脆性／延性，其延性高低次序为：YRh〉YAg〉YCu〉YIn。电子结构分析表明：这4种金属间化合物良好的延性源于其较强的金属键，而不同程度的Y（d）-X（p）电子杂化则导致了其延性的差异。YIn中因In的P电子较多，杂化程度高，共价键方向性强，因而延展性最低，而YRh则由于存在Y（d）-Rh（d）电子间强的相互作用，增强了其金属键作用，因而延性最好。     

金属间化合物Fe_3Al合金抗渗碳性研究

采用称重法和金相法，研究了三种成分不同的Ｆｅ３Ａｌ合金在不同表面状态下的抗渗碳性，并与１Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ不锈钢对比，结果表明，Ｆｅ３Ａｌ合金具有很强的抗渗碳性．初步探讨了其抗渗碳机理。为Ｆｅ３Ａｌ合金在渗碳气氛中的应用提供了一定的实验与理论依据。     

Cr对Ni_3Al合金化效应的赝势平面波方法

基于第一性原理赝势平面波方法研究了Cr加入Ni-Al合金后对Ni3Al几何和电子结构的影响,计算了不同强化相的晶胞总能量、形成热、结合能、费米能级下的成键电子数以及态密度、电荷密度,从不同角度出发,研究了不同强化相的稳定性.计算结果表明Ni-Al合金中添加Cr,Cr优先置换Al位且析出的新强化相较原强化相Ni3Al更为稳定,原因在于含Cr的新强化相在低能级处强烈成键,提高了其稳定性,其中Ni6Cr2最为稳定,但只在590℃下稳定存在,Ni5AlCr2、Ni6AlCr、Ni4Al2Cr2、Ni5Al2Cr稳定性依次降低.     

成分配比对自蔓延高温合成Ni-Al金属间化合物的影响

以镍粉和铝粉为主要原料,采用自蔓延高温合成技术,制备Ni-Al金属间化合物。研究了成分配比对热爆反应的影响,绘制了热爆反应曲线,分析了热爆反应机理及产物的显微组织特征。研究结果表明:成分配比和压坯密度对热爆反应均有不同程度的影响。增加Al含量、加大压坯密度都会缩短热爆起始时间、降低热爆起始温度;反应起始温度低于Ni-Al系的最低共晶温度(640℃)。本文初步确定了Ni-Al系的热爆反应是由固固扩散反应引发的。Ni-32Al的反应产物为均一的NiAl相。     

成分配比对自蔓延高温合成Ni-Al金属间化合物的影响

以镍粉和铝粉为主要原料，采用自蔓延高温合成技术，制备Ni-Al金属间化合物。研究了成分配比对热爆反应的影响，绘制了热爆反应曲线，分析了热爆反应机理及产物的显微组织特征。研究结果表明：成分配比和压坯密度对热爆反应均有不同程度的影响。增加Al含量、加大压坯密度都会缩短热爆起始时间、降低热爆起始温度；反应起始温度低于Ni-Al系的最低共晶温度（640℃）。本文初步确定了Ni-Al系的热爆反应是由固固扩散反应引发的。Ni-32Al的反应产物为均一的NiAl相。     

Ni-Al金属间化合物合成机理的研究

采用粉末冶金法以铝粉和镍粉为原料合成NiAl和Ni3Al金属间化合物粉体,对Ni-Al金属间化合物及相关反应进行了热力学计算,并对不同的反应阶段进行了动力学分析,总结出Ni-Al金属固相反应过程的机理。实验结果表明,Ni-Al金属固相反应生成物形成的顺序为NiAl3→Ni2Al3→NiAl→Ni3Al。Ni粉和Al粉原子配比为1︰1的物料,在750℃左右反应可以获得结晶完整纯度较高的NiAl粉体,反应温度超过铝熔点温度时,升高温度对反应产物的成分影响不大;Ni粉和Al粉原子配比为3︰1的物料,在1 200℃左右反应可以获得结晶完整纯度较高的Ni3Al粉体,提高反应温度有利于提高Ni3Al的转化率。     

金属间化合物COSb2电化学吸放锂特性的研究

采用悬浮熔炼和球磨方法制备了CoSb2合金粉末,并研究了它的电化学吸放锂性能.研究结果表明,具有marcasite结构的CoSb2 的首次可逆容量为263 mAh·g-1, 相应的体积比容量为2 130 mAh·cm-3.经过 15 个循环后,其可逆容量衰减到 123 mAh·g-1.在本实验中发现,把中间相微碳球(MCMB)加入到CoSb2 中不仅能改善其循环寿命,而且也能够明显提高其可逆容量.非原位XRD 测试的结果表明,虽然 marcasite 结构的CoSb2 本身并不能存储锂,但其结构破坏后形成的锑能与锂进行可逆的电化学反应.