论文部分内容阅读
本文采用密度泛函理论(利用CASTEP软件包)计算了体系的总能，研究了NiAl、TiNi、TiN中添加第三组元对其性能的影响，及原子氧在NiAl(001)面的吸附。论文涵盖以下几个方面的工作：(1)Ti-Al-N电子结构、光学和力学性质在含有Al(12.5at.％)的TiN基稀固溶体中，Al优先占据TiN中Ti的位置，并呈阳离子性。在TiN中的加入Al导致其折射率在可见光范围色散更小，(Ti3Al)N4比TiN颜色更灰，色饱和度更低。(Ti3Al)N4点阵常数小于TiN的点阵常数。计算得到几种氮化物的体弹性模量和杨氏弹性模量与实验值相近。与TiN相比，(Ti3Al)N4具有较低的弹性性能，可能缘于总键强的减弱；而硬度较高，可能缘于离子键的增强。
(2)B2结构Ti(NiCu)中的替位原子Cu的作用机制对Ti50Ni50-xCux系，当Cu部分替代Ni的位置以及随着Cu含量的增加，结合能及低能态电子密度相应地增加，系统更加稳定，超晶胞点阵常数也相应增大。Ti50Ni50和Ti50Ni25Cu25的点阵常数和杨氏模量的计算值与实验结果吻合得很好。用计算得到的替位原子Cu含量对(1-I0)面间电荷密度的影响和对剪切弹性常数C和各向异性因子A的影响可合理地解释Ti(NiCu)的相变行为与Cu含量之间的关系。对于TiNi和含Cu量较少(如6.25at.％)的Ti(NiCu)合金，(1-I0)面间电荷密度较低导致较强的剪切弹性模量和较低的各向异性因子A，故合金可从母相的立方B2结构一次性切变成B19相；随着Cu含量的增加，(1-I0)面电荷密度增加，导致各向异性因子A增强，使(1-I0)面〈110〉方向及〈001〉方向的切变逐渐变得更加困难，从而使含Cu量较多(如12.75at.％)Ti(NiCu)相变是先到B19然后再到B19，出现中间的B19相；对于含Cu量很高(如18.75和25.0at.％)的Ti(NiCu)，(1-I0)面电荷密度增加到使(1-I0)面〈001〉方向的切变完全被抑制，故其相变为B2到B19，而B19到B19相变则很难发生。
(3)金属间化合物NiAl中第三元素作用机制向有序金属间化合物NiAl中添加第三组元X(Ru，Rh，Pd,Ag，In，Os，Ir,Pt,Au和Tl)时，依替位原子与产生的相应空位缺陷带来的体系总能变化，可以推断Ru、Pd、Ir、Pt、Os将优先占据NiAl金属间化合物的Ni的点阵位置，而Rh、Au、Ag、In、Tl则优先占据Al的点阵位置。光学性质的计算结果表明，在可见光范围内，反射率、折射率和光导率随波长的震荡幅度很大，而在红外区域非常平滑，在添加元素的d轨道未填充满的情况(Os，Ru，Ir，Rh，Pt)下，红外反射率随其d电子数增多而降低。当Pd、Pt替代Ni而In和Tl替代Al的时候，长波折射率较小，说明添加这四种元素后红外线在材料中传输损耗较低。当Ag和Au替换Al的时候，在红外区域其光导率明显大于所研究的其它组合，显示这两种材料在红外区域良好的吸收性能。而当Pd、Pt替代Ni而In和Tl替代Al的时候，其光导率非常小，显示这几种材料对远红外光具有很好的阻光性能。计算还表明，力学性能与未配对电子和d层电子明显地有关系，d层电子未填充满以及有多个未配对电子时，其体弹性模量和杨氏模量较大。而当d层电子填满以及有未配对电子很少时，其体弹性模量和杨氏模量较小。
(4)原子氧在NiAl(001)面吸附原子氧在NiAl(001)面可能吸附方式所致体系的能量计算表明，Al处于表面端位时比Ni处于表面端位时更容易氧化。在Al端位时，单层氧在空位时比在顶位时结构更加稳定，而双层氧在空位+顶位时的结构比单层氧在处于桥位时更加稳定。当氧原子处于Al端位的空位+顶位时，顶位氧原子与空位氧原子都从表面铝原子那里得到电子，意味着在表面氧与铝之间发生了反应。顶位氧通过吸引表面的Al原子的价电子将端位Al向表面外侧移动，并使得Ni-Al八面体空隙加大，导致空位氧原子向表面下移动，处于端位铝表面的下方。由于表面Al处于顶位和空位氧之间，在表面可以形成了一个氧化铝膜，而且键长之一为2.086A键角之一为103°。与α-Al2O3的键长和键角非常接近。