二硅化钼材料热力学性质的理论与应用研究

来源 :景德镇陶瓷大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:guizhicheng
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MoSi2由于兼具金属和陶瓷的优异性能,是一种性能优异的高温材料,具有高熔点、高硬度和优良的导电、导热和抗化学腐蚀性等性能,近年来备受关注。在高温环境下的应用显示出强大的生命力,特别是能在许多领域起到金属和陶瓷难以胜任的独特作用。虽然它在技术方面已得到广泛的应用,但是在高温下的某些性质及机理没有得到深入研究。通过计算推测MoSi2材料的热力学性能,并结合工程应用实践,可以准确揭示在高温下其性能产生的机理,为进一步提高MoSi2材料的性能和应用提供理论依据。本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算软件Materials studios的CASTEP软件包,通过计算声子的方法,得到MoSi2的声子谱,并分析MoSi2的热力学性质,得到的等容热容、等压热容、热膨胀系数、德拜温度、体积弹性模量、标准摩尔吉布斯自由能、标准摩尔生成焓等热力学数据随温度的变化情况。同时结合MoSi2材料在实际工程应用的性能分析,论证计算结果,为进一步发展MoSi2的应用提供理论参考。计算结果表明C11b结构MoSi2的内聚能的绝对值大于C40结构,意味着C40结构的MoSi2稳定性不如C11b结构。在其他热力学性质上,两种结构的MoSi2基本保持了相同的特点:热膨胀系数先随温度的升高而迅速增长,随着温度继续升高增长速度逐渐变慢。MoSi2的体积弹性模量在低温时几乎保持不变,随温度升高呈线性下降。MoSi2的标准熵随温度升高而增大,这是由于温度升高,物质的微观状态数增大,因此标准熵增大。同时,MoSi2的标准摩尔吉布斯自由能随温度升高而减小。在极低温度时(0-30K),热容vC也接近0,热容遵循德拜T3定律,与热力学温度的三次方成正比,而在高温时,热容遵循非谐效应,随温度的升高迅速增大,在约750K以后,vC逐渐趋近于常数,即杜隆-珀替(Dulong-Petit)极限。通过第一性原理模拟推测MoSi2的热力学性能,部分实验值论证了该计算的准确性,可以为MoSi2在高温高压下的工程使用提供理论依据,也为改善其材料性能,拓展应用范围打下基础。
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