本文關(guān)鍵詞：二硅化鉬材料熱力學性質(zhì)的理論與應用研究

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【摘要】：MoSi_2由于兼具金屬和陶瓷的優(yōu)異性能,是一種性能優(yōu)異的高溫材料,具有高熔點、高硬度和優(yōu)良的導電、導熱和抗化學腐蝕性等性能,近年來備受關(guān)注。在高溫環(huán)境下的應用顯示出強大的生命力,特別是能在許多領(lǐng)域起到金屬和陶瓷難以勝任的獨特作用。雖然它在技術(shù)方面已得到廣泛的應用,但是在高溫下的某些性質(zhì)及機理沒有得到深入研究。通過計算推測MoSi_2材料的熱力學性能,并結(jié)合工程應用實踐,可以準確揭示在高溫下其性能產(chǎn)生的機理,為進一步提高MoSi_2材料的性能和應用提供理論依據(jù)。本文采用基于密度泛函理論的第一性原理計算軟件Materials studios的CASTEP軟件包,通過計算聲子的方法,得到MoSi_2的聲子譜,并分析MoSi_2的熱力學性質(zhì),得到的等容熱容、等壓熱容、熱膨脹系數(shù)、德拜溫度、體積彈性模量、標準摩爾吉布斯自由能、標準摩爾生成焓等熱力學數(shù)據(jù)隨溫度的變化情況。同時結(jié)合MoSi_2材料在實際工程應用的性能分析,論證計算結(jié)果,為進一步發(fā)展MoSi_2的應用提供理論參考。計算結(jié)果表明C11b結(jié)構(gòu)MoSi_2的內(nèi)聚能的絕對值大于C40結(jié)構(gòu),意味著C40結(jié)構(gòu)的MoSi_2穩(wěn)定性不如C11b結(jié)構(gòu)。在其他熱力學性質(zhì)上,兩種結(jié)構(gòu)的MoSi_2基本保持了相同的特點:熱膨脹系數(shù)先隨溫度的升高而迅速增長,隨著溫度繼續(xù)升高增長速度逐漸變慢。MoSi_2的體積彈性模量在低溫時幾乎保持不變,隨溫度升高呈線性下降。MoSi_2的標準熵隨溫度升高而增大,這是由于溫度升高,物質(zhì)的微觀狀態(tài)數(shù)增大,因此標準熵增大。同時,MoSi_2的標準摩爾吉布斯自由能隨溫度升高而減小。在極低溫度時(0-30K),熱容vC也接近0,熱容遵循德拜T3定律,與熱力學溫度的三次方成正比,而在高溫時,熱容遵循非諧效應,隨溫度的升高迅速增大,在約750K以后,vC逐漸趨近于常數(shù),即杜隆-珀替(Dulong-Petit)極限。通過第一性原理模擬推測MoSi_2的熱力學性能,部分實驗值論證了該計算的準確性,可以為MoSi_2在高溫高壓下的工程使用提供理論依據(jù),也為改善其材料性能,拓展應用范圍打下基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：MoSi_2 第一性原理 熱力學性質(zhì)
【學位授予單位】：景德鎮(zhèn)陶瓷大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TQ136.12
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 1 緒論8-15
• 1.1 二硅化鉬的晶體結(jié)構(gòu)和基本性能8-10
• 1.1.1 晶體結(jié)構(gòu)8-10
• 1.1.2 基本性能10
• 1.2 二硅化鉬材料的主要應用10-12
• 1.2.1 發(fā)熱元件10-11
• 1.2.2 高溫結(jié)構(gòu)材料11-12
• 1.2.3 高溫涂層材料12
• 1.2.4 其他應用12
• 1.3 二硅化鉬材料的制備12-13
• 1.3.1 無壓/熱壓工藝12
• 1.3.2 自蔓延高溫合成工藝12-13
• 1.3.3 等離子燒結(jié)工藝13
• 1.3.4 機械合金化(MA)制備二硅化鉬粉體13
• 1.4 MoSi_2材料目前存在的問題13-14
• 1.5 本課題的研究內(nèi)容和意義14-15
• 2 計算原理及方法15-26
• 2.1 第一性原理15-18
• 2.1.1 波恩—奧本海默近似(Born-Oppenheimer)16-17
• 2.1.2 哈特里—�？私疲℉artree-Fock）17-18
• 2.2 密度泛函理論18-21
• 2.2.1 Hohenberg-Kohn定理18-19
• 2.2.2 Kohn-Sham方程19-20
• 2.2.3 交換關(guān)聯(lián)函數(shù)20-21
• 2.3 熱力學性質(zhì)21-23
• 2.3.1 聲子21
• 2.3.2 Helmholtz自由能、熵、熱容21-23
• 2.3.3 晶體熱容的Debye模型23
• 2.4 CASTEP軟件23-25
• 2.5 本章小結(jié)25-26
• 3 MoSi_2材料的熱力學性質(zhì)分析26-43
• 3.1 MoSi_2晶體結(jié)構(gòu)的幾何優(yōu)化26
• 3.2 計算參數(shù)26
• 3.3 MoSi_2的熱力學性質(zhì)分析26-39
• 3.3.1 MoSi_2的內(nèi)聚能26-27
• 3.3.2 MoSi_2的熔點27
• 3.3.3 MoSi_2的聲子散射曲線和聲子態(tài)密度27-30
• 3.3.4 MoSi_2的熱膨脹系數(shù)30-32
• 3.3.5 MoSi_2的體積彈性模量32-33
• 3.3.6 MoSi_2的熱容33-34
• 3.3.7 MoSi_2的德拜溫度34-37
• 3.3.8 MoSi_2的吉布斯自由能、熵、生成焓37-39
• 3.4 MoSi_2熱力學性質(zhì)的工程實例研究39-41
• 3.4.1 MoSi_2材料的無壓燒結(jié)制備39-40
• 3.4.2 MoSi_2材料的低溫氧化性能40-41
• 3.5 本章小結(jié)41-43
• 4 結(jié)論43-44
• 致謝44-45
• 參考文獻45-48

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