第一性原理研究壓力對Ni3X(X=Pt,Mo,V,Sn)力學性能、電子結(jié)構(gòu)和熱學性能的影響.pdf

1、金屬間化合物具有比重小、抗高溫、耐氧化等優(yōu)點，是一種極具潛力的高溫結(jié)構(gòu)材料，在航空航天、汽車、化工等領(lǐng)域具有很好的應用前景。但因為室溫塑性差、斷裂韌性低等缺點，金屬間化合物材料的實際應用受到限制，因此對金屬間化合物展開室溫塑性改善、脆性本質(zhì)或固有性能等方面的研究具有十分重要的意義。因此，本文對四種常見的金屬間化合物Ni3Pt、Ni3Mo、Ni3V和Ni3Sn進行了研究。
　　本文以金屬間化合物Ni3X(X=Pt, Mo, V, S

2、n)為研究對象，采用基于密度泛函理論的第一性原理平面波贗勢方法，運用量子力學原理，利用CASTEP程序包，并結(jié)合準諧德拜模型，通過計算壓力作用下的晶格常數(shù)、晶胞體積、彈性常數(shù)、彈性模量、泊松比、態(tài)密度、布居分析、熱膨脹系數(shù)、熱容和德拜溫度，研究壓力（0～30 GPa）對Ni3X(X=Pt, Mo, V, Sn)力學性能、電子結(jié)構(gòu)和熱學性能的影響，結(jié)果如下：
　　采用GGA-PBE近似方法計算的結(jié)果比LDA-CA-PZ近似方法計算的

3、結(jié)果更加接近其他研究結(jié)果，因此本文采用GGA-PBE近似方法進行計算；計算所得的零壓力下Ni3X(X=Pt, Mo, V, Sn)的平衡晶格常數(shù)與實驗值和其他理論值十分吻合，說明本文的計算方法是可行的，計算結(jié)果是可靠的；在0~30 GPa壓力范圍內(nèi)，Ni3X(X=Pt, Mo, V, Sn)的晶胞體積隨著壓力的增大而不斷減小。
　　在零壓力下，Ni3X(X=Pt, Mo, V, Sn)的彈性常數(shù)均滿足各自對應的彈性穩(wěn)定性準則，說明

4、它們均是力學穩(wěn)定的；在0~30 GPa壓力范圍內(nèi)：Ni3X(X=Pt, Mo, V, Sn)的體積模量B、剪切模量G、楊氏模量E均隨壓力的增大而增大，說明壓力可以提高Ni3X的硬度；Ni3X(X=Pt, Mo, V, Sn)的B/G均大于1.75，說明它們都是延性的，Ni3X(X=Pt, V, Sn)的B/G和泊松比ν均隨著壓力的增大而增大，說明壓力可以改善Ni3X(X=Pt, V, Sn)的延性和塑性，Ni3Mo的B/G和泊松比ν均隨

5、著壓力的增大先增大后減小，說明適當?shù)膲毫梢愿纳芅i3Mo的延性和塑性，但是過大的壓力反而會降低Ni3Mo的延性和塑性；Ni3X(X=Pt, Mo, V, Sn)的各向異性隨著壓力的增大而增強。
　　分析了Ni3X(X=Pt, Mo, V, Sn)的DOS，研究了Ni3X(X=Pt, Mo, V, Sn)的成鍵電子分布。在0~30 GPa壓力范圍內(nèi)，DOS曲線未發(fā)生突變，說明在所選壓力范圍內(nèi)Ni3X(X=Pt, Mo, V, Sn

6、)的結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定，沒有發(fā)生結(jié)構(gòu)相變；費米能級處的態(tài)密度值N(EF)均隨著壓力的增大而減小，表明Ni3X(X=Pt, Mo, V, Sn)的硬度提高；此外，分析了Ni3X(X=Pt, Mo, V, Sn)中的電荷轉(zhuǎn)移和成鍵情況。
　　最后，分析了Ni3X(X=Pt, Mo, V, Sn)在0~30 GPa和0~1000 K的熱學性能：Ni3X(X=Pt, Mo, V, Sn)的晶胞體積V、熱膨脹系數(shù)α和熱容C均隨著壓力的增大而減小，