镁合金具有“二十一世纪绿色工程材料”之称,在实用金属材料中属于最轻的材料,具有密度低（1.8g/cm3）,散热性好,高强度,高刚度,屏蔽性好,消震性好,回收利用率高等优点。被广泛应用在运输领域、3C产品领域（通讯、计算机和消费类电子产品）、航空航天领域等。Mg2X（X=Si,Ge,Sn）合金是一种很具有发展潜力材料,在金属间化合物中是一种常见的类型,资源丰富,其晶体结构属于CaF2（面心立方）。Mg2X（X=Si,Ge,Sn）金属间化合物具有耐高温、高熔点、低热导率、高硬度、高电导率、耐腐蚀等优点,在电子零件,能量元件等领域具有重要的应用前景。本文采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,以化合物Mg-Si,Mg-Ge,Mg-Sn合金为研究对象,结合Materials Studio 8.0软件中CASTEP模块,计算了与其相关的结构参数、力学性能、热力学性质、电子性能及压力作用对其影响情况。在0GPa下计算了Mg2X（X=Si,Ge,Sn）金属化合物的结构参数、力学性能与电子性能,计算结果与实验研究及其它理论结果比较吻合,说明计算方法真实可靠。研究结果表明:三者形成热均为负数,表明三者均能够形成稳定的化合物。Mg2Ge晶体更容易形成,合金化能力较强,Mg2Si合金结构最稳定。Mg2X（X=Si,Ge,Sn）合金均属于脆性材料,且均具有金属性质,他们之间的抵抗变形能力、抗剪切应变能力和刚度大小排列均为:Mg2Si>Mg2Ge>Mg2Sn;三种合金的共价键强弱排列为:Mg2Si<Mg2Ge<Mg2Sn。研究了压力对Mg2X（X=Si,Ge）合金性能的影响,结果表明:在0-10GPa间,Mg2Si和Mg2Ge均表现为脆性,当压力达到15GPa时,Mg2Si和Mg2Ge均开始表现出延性性质;同时随着压力的增加,材料的塑性均有所提升。在0-1000K下Mg2Si和Mg2Ge相的德拜温度和体模量均随温度的增加而降低;在相同温度下,德拜温度和体模量均随压力的增大而增大。等容热容Cv、等压热容Cp,均随压力的增大而降低,Mg2Ge的热容值高于Mg2Si。对Mg2X（X=Si,Ge）合金进行了合金化处理,掺杂合金元素Bi之后,形成能力有所下降,合金元素Bi掺杂Mg2X（X=Si,Ge）相容易取代X原子位置。结构稳定性排列为:Mg7X4Bi>Mg8X4>Mg8X4Bi>Mg8X3Bi。Mg8X3Bi合金虽然最容易形成,但是结构最不稳定。合金元素Bi的掺杂使Mg2X（X=Si,Ge）合金由脆性材料转换为延性材料,塑性增强,刚度降低,Mg7Ge4Bi的塑性强于Mg7Si4Bi合金。同时抗变形能力与抗塑性变形能力均降低。费米面向高能级区域跃迁,使得费米能级所对应的电子态密度增大,掺杂使Mg2X（X=Si,Ge）合金的导电性能增强,Mg7Si4Bi的导电性能强于Mg7Ge4Bi。研究Mg16X8（X=Si,Ge）晶胞含有点缺陷时性能情况,缺陷的存在致使晶胞晶格原子出现不规则排列,晶胞体积膨胀,晶格常数变大。在同一位置,空位缺陷比反位缺陷更容易形成。缺陷在Mg位置比在X（X=Si,Ge）位置结构更加稳定。同时缺陷会降低材料的抵抗变形能力、抗剪切应变能力及刚度。当同一位置产生反位缺陷时,晶胞的抗剪切应变能力和刚度较强,塑性和延性较弱。Mg16Ge8晶胞中,在Mg位置产生缺陷时,晶体抗体积变形能力、抗剪切应变能力及刚度更强,塑性及延性较弱。
