Ti2AlN-TiAl界面結(jié)構(gòu)的第一性原理研究.pdf

1、TiAl金屬間化合物以其高比強(qiáng)度、高比剛度、良好的抗蠕變性能和較好的高溫強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)被認(rèn)為是高溫結(jié)構(gòu)件的理想材料，但是較低的室溫塑性和成形性卻限制了TiAl合金的應(yīng)用。因此人們研究開發(fā)多種TiAl基復(fù)合材料，而Ti2AlN/TiAl復(fù)合材料近年來受到較多的關(guān)注。界面是Ti2AlN/TiAl復(fù)合材料質(zhì)量好壞的關(guān)鍵，但是對其界面的微觀研究還不充分。本文以Ti2AlN/TiAl復(fù)合材料的界面作為研究對象，運(yùn)用第一性原理方法對 Ti2AlN/Ti

2、Al復(fù)合材料的界面穩(wěn)定性、界面分離功、界面原子之間的電子結(jié)構(gòu)等特性進(jìn)行了分析。
　　首先，對TiAl塊體、Ti2AlN塊體、TiAl七個(gè)低指數(shù)表面、Ti2AlN(0001)三個(gè)終端表面和Ti2AlN(1120)表面結(jié)構(gòu)及其穩(wěn)定性進(jìn)行了第一性原理計(jì)算。在所研究的七個(gè)TiAl低指數(shù)表面中，Ti終端的(001)面的表面能最大，Al終端的(110)面的表面能最小。而對于Ti2AlN的表面來說，能量由高到低依次是：N終端的(0001)面、T

3、i終端的(0001)面、Al終端的(0001)面、(1120)面。研究發(fā)現(xiàn)最外層和次最外層原子的電子結(jié)構(gòu)是引起表面效應(yīng)的主要因素，表面原子之間的結(jié)合強(qiáng)度和表面原子的電子結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性之間有較強(qiáng)的相關(guān)性。
　　其次，建立了五種由不同的表面形式組成的Ti2AlN/TiA界面模型，發(fā)現(xiàn)TiAl(111)/Ti2AlN(0001)-N終端界面的界面分離功較大，其中N在Ti-Al橋位的情況下的界面分離功最大，為5.4676 eV/nm2；其次

4、是N-Ti(N-Al)成鍵的界面，它的界面分離功是4.3118 eV/nm2。還有可能存在的是TiAl(111)/Ti2AlN(1120)界面，它的界面分離功是0.25377eV/nm2。而剩余兩種的界面分離功為負(fù)數(shù)，說明另外兩種界面的存在的可能性較低。界面原子的電子密度和差分電荷密度顯示了N-Ti鍵的結(jié)合強(qiáng)度最好。
　　最后，通過透射實(shí)驗(yàn)觀察了Ti2AlN/TiAl復(fù)合材料界面，觀察到了TiAl(111)/Ti2AlN(1120