W掺杂Ti(C0.5N0.5)的电子结构及力学性能的理论分析

采用密度泛函理论(DFT)的第一性原理方法对金属原子W掺杂Ti(C_0.5N_0.5)的晶格常数、弹性常数和电子结构以及电荷布居进行计算和分析,结果表明：W原子可稳定存在于(Ti_1-xW_x)(C_0.5N_0.5)中,但W原子的加入使得(Ti_1-xW_x)(C_0.5N_0.5)体系稳定性下降,增强了原子间的键能,且晶格因替换原子W与Ti的直径大小不同产生畸变,并伴随着W含量的增加会加剧晶格畸变和晶格常数失衡;由弹性常数计算结果表明,适当添加W原子能改善(Ti_1-xW_x)(C_0.5N_0.5)的抵抗外力变形的能力和硬度,同时可以降低晶体的脆性,且当x(W)=12%时,(Ti_1-xW_x)(C_0.5N_0.5)抵抗变形...     

医用形状记忆合金电子结构及相稳定性

为获得更适合人体、优异、稳定性好的形状记忆合金材料,通过基于密度泛函理论第一性原理赝势法对NiTi及Ni30 Ti50 Cu20形状记忆合金的电子结构和相稳定性能进行理论模拟计算,并用力学试验机测试NiTi形状记忆合金样品的力学性能.计算所得的弹性常数和试验测试结果较一致,同时对掺杂20％(质量分数)Cu元素的Ni30...     

C,Fe,Si掺杂Al_(3)V合金的电子结构与力学性能EI北大核心CSCD

采用第一性原理计算方法研究了铝钒合金Al_(3)V及其C、Fe、Si取代掺杂的Al_(24)V_(7)X、Al_(23)V_(8)X (X=C,Fe,Si)合金晶体结构的稳定性、电子结构和力学性能。计算结果表明,X (X=C,Fe,Si)掺杂对Al_(3)V合金晶体结构的影响较小,Al_(24)V_(7)X和Al_(23)V_(8)X (X=C,Fe,Si)仍然保持明显的Al_(3)V金属特征。Mulliken电荷布居和重叠布居分析显示X (X=C,Fe,Si)会与周围Al和V原子产生键合作用,提高Al_(24)V_(7)X和Al_(23)V_(8)X (X=C,Fe,Si)的稳定性和抗变形能力。X (X=C,Fe,Si)的取代掺杂对Al_(3)V合金晶体的刚度影响较小,但能使Al_(3)V合金材料的塑性有所提升,有望能有效解决Al_(3)V合金的脆性问题,拓宽Al_(3)V合金的应用范围。     

RhZr相结构稳定性和电子结构性质的第一性原理研究

用第一性原理计算研究RhZr两种晶体结构的结构稳定性和电子结构性质。采用基于第一性原理的平面波赝势法,分别用局域密度近似和广义梯度近似法,对晶体原子的结构进行优化,并分别对正交晶系RhZr和立方晶系RhZr的基态性质,如晶格参数、能态密度、形成能以及形成焓等进行计算。计算结果表明：正交晶系RhZr比立方晶系RhZr更容易生成,而且生成的正交晶系RhZr比立方晶系RhZr更稳定。能态密度计算结果表明：立方晶系RhZr比正交晶系RhZr稳定,是因为在立方晶系RhZr中不仅存在Rh？Zr还存在Rh？Rh或者Zr？Zr之间的相互作用键。由态密度分析还可看出,在费米面附近Rh的4d轨道与Zr的4d轨道存在较强的轨道杂化。     

Y掺杂MgZn2稳定性、电子结构和力学性能的第一性原理计算

目的 稀土元素Y掺杂是改善7xxx系铝合金断裂韧性的重要途径,然而因其掺杂量极低,通过实验很难测定微量Y对7xxx系铝合金析出相及强韧机制产生的作用,限制了7xxx系铝合金的进一步发展。采用第一性原理计算方法探究Y掺杂对7xxx系铝合金中重要析出相MgZn2的影响机理,为7xxx系铝合金的微合金化强韧机理研究提供理论依据。方法 构建适于第一性原理计算、Mg/Zn的原子数分数比为1∶2的晶体模型,Y原子通过替换Mg或Zn原子的方式进行掺杂,通过能量计算、电子计算和弹性常数计算等分析Y掺杂对MgZn2能量稳定性、电子结构和力学性能的影响机理。结果 经Y掺杂后,形成3种固溶体Mg3Zn8Y、Mg4Zn7Y-1和Mg4Zn7Y-2,它们的形成热均小于0,即它们均可自发形成且稳定存在。通过结合能计算发现,3种固溶体的结合能都小于MgZn2的结合能,说明Y掺杂促进了MgZn2的稳定性。通过电子结构分析发现,Y掺杂后与Mg、Zn原子形成强的共价键,增强了体系的稳定性,Mg-Zn原子间形成了强离子键,MgZn2中Zn-Zn原子间的共价键变为强离子键。力学性能计算结果表明,经Y掺杂后MgZn2的硬度降低、韧性上升, 即Y掺杂增强了7xxx系铝合金中重要弥散析出相MgZn2的韧性,从而提升了7xxx系铝合金的断裂韧性和抗疲劳能力。结论 基于计算结果分析得出,Y掺杂提升了MgZn2的稳定性、键合强度和断裂韧性,相关计算分析为微量Y掺杂增强7xxx系铝合金断裂韧性的实验分析提供了指导。     

TiC(100)/α-Fe(100)界面稳定性及电子特性的第一性原理研究

采用第一性原理方法,研究了 TiC(100)/Fe(100)界面稳定性和电子特性.建立了 4种不同原子堆垛方式的界面模型,采用界面粘附功、界面能和断裂功评价界面稳定性;采用差分电荷密度、Mulliken布居和态密度分析了电子特性.结果表明:Fe原子位于C原子上方的堆垛模型界面粘附功最大,界面能最小,界面结构最稳定.其界...     

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。     

二硼化物固溶体(Ti/Zr)1-x(Ta/Nb)xB2的结构稳定性和力学性能的第一性原理研究

通过超晶胞(SC)方法和虚拟晶体近似(VCA)方法的第一性原理计算,研究了金属二硼化物固溶体(Ti/Zr)1-x(Ta/Nb)xB2 的形(0≤x≤1)成能、混合能、晶格常数、体积、弹性常数、熔点、弹性模量、维氏硬度、断裂韧性和态密度。结果表明,二硼化物固溶体(Ti/Zr)1-x(Ta/Nb)xB2的结构稳定性随掺杂浓度的增加而降低。Ti1-x(Ta/Nb)xB2的体积随着掺杂浓度的增加而增加,这是因为Ta和Nb的原子半径大于Ti。而Zr1-x(Ta/Nb)xB2的体积逐渐变小,这归因于Ta和Nb的原子半径比Zr小。并且,二硼化物固溶体 (Ti/Zr)1-x(Ta/Nb)xB2是力学性质稳定的脆性材料。特别地是,Ta和Nb的掺杂剂可明显改善固溶体(Ti/Zr)1-x(Ta/Nb)xB2的脆性和体积模量以及断裂韧性,但硬度会降低。     

基于第一性原理的涂层WC/α-Ti界面结合能、稳定性及电子结构的研究

运用基于密度泛函理论的第一性原理方法,对WC/α-Ti界面性能进行了研究.研究内容包括:界面结合能、界面稳定性、界面电子结构及界面结合机制.结果 表明:WC(001)与α-Ti(001)各自拥有较小的表面能,且两者之间错配度较小,y角也互相一致,故建立了WC(001)/α-Ti(001)界面;其次考虑到α-Ti(001...     

α-(Al,Cr,Fe)_2O_3相稳定性和力学性能的第一性原理计算

采用第一性原理分别对α-Al_2O_3、α-(Al_(0.75)Cr_(0.25))_2O_3、α-(Al_(0.75-x)Cr_(0.25)Fe_x)_2O_3和α-(Al_(0.75)Cr_(0.25-x)Fe_x)_2O_3相晶胞体积、结合能、态密度和力学性能的变化进行计算。研究表明:α-(Al_(0.75-x)Cr_(0.25)Fe_x)_2O_3四元相的晶胞体积随着Fe原子置换数量的增加而缓慢增大,α-(Al_(0.75)Cr_(0.25-x)Fe_x)_2O_3四元相晶胞的体积随着Fe原子数量的增加而迅速减小;相结合能结果显示,α-Al_2O_3、α-(Al_(0.75)Cr_(0.25))_2O_3、α-(Al_(0.75-x)Cr_(0.25)Fe_x)_2O_3和α-(Al_(0.75)Cr_(0.25-x)Fe_x)_2O_3相均为稳定结构,其中α-Al_2O_3相的结合能最低,随着置换原子种类和数量的增加,结合能增大,相稳定性下降;当Fe元素原子数量占金属元素总原子数0～3 at.%时,α-(Al_(0.75-x) Cr_(0.25)Fe_x)_2O_3和α-(Al_(0.75)Cr_(0.25-x)Fe_x)_2O_3四元相的硬度、H/E和H3/E*2较α-(Al_(0.75)Cr_(0.25))_2O_3相有明显提升,但均低于α-Al_2O_3相,仅α-(Al0.63Cr_(0.25)Fe0.12)_2O_3相的H/E和H~3/E~(*2)值高于α-Al_2O_3相。     

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γ″-Ni_3Nb电子结构和力学性能的影响

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究压力对γ″-Ni3Nb电子结构和力学性能的影响,进一步分析了Ni3Nb的态密度和电荷布居,从原子角度解释压力对Ni3Nb性能的影响。结果表明,随着压力的增大,晶胞体积变小,Ni3Nb的综合力学性能提高。Ni原子与Nb原子间的共价键随压力的增大而增强,当压力达到50 GPa时,Ni3Nb仍是稳定的,没有发生相变。     

Ti-25at%Nb合金β、α″和ω相结构稳定性和弹性性质理论计算

采用赝势平面波方法和广义梯度近似对Ti-25at％Nb合金中不同晶体结构β、α″和ω相的弹性常数、内聚能以及电子结构进行了计算,并结合计算结果对β、α″和ω相的结构稳定性进行了讨论。计算结果表明,Ti-25at％Nb合金中β、α″和ω相均满足其结构弹性稳定性要求,其中α″相的结构稳定性最高,而声相的结构稳定性最低;计算结果同时表明,Ti-25at％Nb合金中ω相具有最高弹性模量,β相则具有最低弹性模量。     

Ti-25at%Nb合金β、α'和ω相结构稳定性和弹性性质理论计算

采用赝势平面波方法和广义梯度近似对Ti-25at%Nb合金中不同晶体结构β、α"和ω相的弹性常数、内聚能以及电子结构进行了计算,并结合计算结果对β、α"和ω相的结构稳定性进行了讨论.计算结果表明,Ti-25at%Nb合金中β、α"和ω相均满足其结构弹性稳定性要求,其中α"相的结构稳定性最高,而β相的结构稳定性最低;计算结果同时表明,Ti-25at%Nb合金中ω相具有最高弹性模量,β相则具有最低弹性模量.     

第一性原理研究碳化铬的电子结构、硬度和德拜温度

采用基于第一性原理的密度泛函理论,计算了3种碳化铬的晶格常数、电子结构、弹性模量、理论硬度和德拜温度等。结果表明,Cr3C2,Cr7C3和Cr23C6的化学键均为共价键、离子键和金属键组成的混合键;Cr3C2的热力学和力学稳定性均最高;Cr3C2,Cr7C3和Cr23C6的理论硬度值分别为20.9,18.3和13.2GPa,这与近期的实验研究结果十分相近。此外,本研究预测了3种碳化铬的徳拜温度。     

硼化钛结构稳定性、力学和热力学性能理论研究

采用基于第一性原理的密度泛函理论计算了硼化钛的稳定性、电子结构、弹性模量、各项异性参数和低温热容等。计算结果表明,硼化钛的成键包含金属、共价和离子键,Ti2B的金属性最强,而TiB2的共价性最明显;其中TiB_Pm3m与TiB_F43m分别为热力学与力学失稳结构,而TiB2的稳定性最佳,TiB2的体模量、剪切模量和杨氏模量分别为251.4,260.1和564.6 GPa,显著高于其他硼化钛。B/G值表明,TiB2的韧性差,从而限制了其作为切削工具或耐磨部件的应用。因此,认为要获得良好的韧性与耐磨性,应设计制备TiB2基复合材料。     

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。     

Zr-Be二元体系金属间化合物结构、电子、力学和热力学性能的第一性原理研究

基于密度泛函理论和广义梯度近似（GGA）方法,对Zr-Be二元合金中金属间化合物ZrBe₂、ZrBe₅、ZrBe₁₃和Zr₂Be₁₇的结构、电子、力学和热力学性能进行了第一性原理计算。优化后的0 K点阵参数与已有的实验结果基本一致,证明了计算的可靠性。通过计算得到的形成焓和结合能表明,所有的金属间化合物都能在0 K自发形成,其中ZrBe₅的合金化能力最强,ZrBe₂的结构稳定性最好。随后,电子态密度（DOS）也被用于了解金属间化合物的稳定性。采用应力-应变法计算了这些金属间化合物的独立弹性常数。在此基础上,利用Voigt-Reuss-Hill近似推导出了多晶材料的体模量B、剪切模量G、杨氏模量E、泊松比ν和各向异性A等力学参数。此外,利用Pugh准则、泊松比和柯西压力对金属间化合物的延性行为进行了分析。在热力学性能方面,除了利用准调和近似（QHA）计算晶格振动能量、体模、热膨胀系数和比热随温度变化外,所有的声子色散曲线都说明了这些金属间化合物的动态稳定性。     

镍基合金TLP扩散焊接头中二元共晶沉淀相Ni-M(B、Si、Zr和Hf)的性能

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势计算方法,计算了Ni-M(B、Si、Zr和Hf)二元共晶沉淀相(Ni2B、Ni3B、Ni3B2、Ni23B6、Ni3Si、Ni5Zr和Ni5Hf)的相稳定性、弹性常数、硬度及相应的电子结构.相稳定性计算结果表明,二元共晶沉淀相结构稳定性变化趋势由高到低的顺序为Ni3Si、Ni5...     

合金化效应对Fe3Si结构稳定性和力学性能的影响

采用基于密度泛函理论的赝势平面波法,研究了Ni、Co、Cr元素对Fe3Si金属间化合物结构稳定性、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,Fe3Si-Ni具有最强的合金化形成能力,且结构最稳定。力学常数的计算结果表明,Ni和Cr的加入可提高化合物的塑性和延性,而Co可提高其硬度,其中Fe3Si-Ni的塑性最好,Fe3Si-Co的热稳定性最好。态密度和布居分析的计算结果表明,Fe3Si-Ni结构最稳定且塑性最佳的原因主要在于其体系的Fermi能级最接近于赝能隙的底部,Fe—Ni键布居数最大,合金化后体系的金属性增强最明显。