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。
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