Ni-X(Mo、Sn)二元化合物性质的第一性原理研究

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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:040GPa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ν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:050GPa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。
摘要第4-6页
Abstract第6-7页
第1章 绪论第11-18页
    1.1 镍基合金概述第11-12页
    1.2 课题的国内外研究现状第12-14页
        1.2.1 Ni-Mo二元化合物的研究现状第12-13页
        1.2.2 Ni-Sn二元化合物的研究现状第13-14页
    1.3 课题的研究意义第14-15页
    1.4 课题的研究内容第15-16页
        1.4.1 Ni-Mo二元化合物的研究内容第15-16页
        1.4.2 Ni-Sn二元化合物的研究内容第16页
    1.5 课题的计算流程第16-18页
第2章 第一性原理介绍第18-28页
    2.1 量子力学基本原理第18-20页
        2.1.1 薛定谔方程第18-19页
        2.1.2 绝热近似第19-20页
        2.1.3 轨道近似第20页
        2.1.4 非相对论近似第20页
    2.2 密度泛函理论第20-25页
        2.2.1 Thomas-Fermi模型第21-22页
        2.2.2 Hohenberg-Kohn定理第22-23页
        2.2.3 Kohn-Sham方程第23-25页
    2.3 近似密度泛函第25-26页
        2.3.1 局域密度近似第25-26页
        2.3.2 广义梯度近似第26页
    2.4 赝势第26-27页
    2.5 计算软件第27-28页
第3章 Ni-Mo二元化合物的性质研究第28-38页
    3.1 引言第28页
    3.2 计算模型第28-29页
    3.3 计算方法第29页
    3.4 结果与讨论第29-37页
        3.4.1 结构性质第29-32页
        3.4.2 弹性性质第32-35页
        3.4.3 电子结构第35-37页
    3.5 本章小结第37-38页
第4章 Ni-Sn二元化合物的性质研究第38-50页
    4.1 引言第38页
    4.2 计算模型第38-39页
    4.3 计算方法第39页
    4.4 结果与讨论第39-48页
        4.4.1 结构性质第39-42页
        4.4.2 弹性性质第42-47页
        4.4.3 电子结构第47-48页
    4.5 本章小结第48-50页
第5章 压力对Ni-Mo二元化合物性质的影响第50-61页
    5.1 引言第50页
    5.2 计算模型和方法第50-51页
    5.3 结果与讨论第51-59页
        5.3.1 结构性质第51-53页
        5.3.2 力学性能第53-57页
        5.3.3 电子结构第57-59页
    5.4 本章小结第59-61页
第6章 压力对Ni-Sn二元化合物性质的影响第61-71页
    6.1 引言第61页
    6.2 计算模型和方法第61-62页
    6.3 结果与讨论第62-69页
        6.3.1 结构性质第62-64页
        6.3.2 力学性能第64-68页
        6.3.3 电子结构第68-69页
    6.4 本章小结第69-71页
第7章 结论第71-73页
参考文献第73-79页
攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果第79-80页
致谢第80-81页
论文购买
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