超硬材料以其優(yōu)異的高硬度、高彈性模量、良好的耐磨性和不可壓縮性,在工程機(jī)械、切削加工、航空航天、礦物開采、耐磨涂層以及其它工業(yè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。眾所周知此前已知的應(yīng)用最廣泛的最硬和次硬材料分別是金剛石（維氏硬度Hv=96GPa,下同）和立方氮化硼（c-BN,Hv=63 GPa）。然而金剛石較低的熱穩(wěn)定性和較差的化學(xué)穩(wěn)定性很大程度上限制了它的應(yīng)用空間,而熱穩(wěn)定性相對(duì)較高的立方氮化硼（c-BN）,雖然是硬度僅次于金剛石的物質(zhì),卻遠(yuǎn)小于金剛石。因此工業(yè)和技術(shù)的需要促使人們繼續(xù)尋找硬度高而且穩(wěn)定性也很好的新型超硬材料,B-C-N系化合物結(jié)合金剛石的高硬度和c-BN的熱穩(wěn)定性有望成為新型超硬材料而受到廣泛關(guān)注。本文基于Luo等研究的bc-結(jié)構(gòu)的超硬BC2N材料的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)和構(gòu)建了bc-BCN和bc-BC4N,并利用基于密度泛函理論的第一性原理的方法,研究了這幾種超硬材料（包括bc-BCN,bc-BC2N,和bc-BC4N,文中統(tǒng)稱為BCxN,或者BCN,BC2N,和BC4N）的性質(zhì)（彈性常數(shù),彈性模量,彈性各向異性,硬度,理想強(qiáng)度和高溫下的最小熱導(dǎo)率,電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)等）,同時(shí)還計(jì)算了金剛... 

【文章來源】：西南大學(xué)重慶市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：71 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖２．１?Ｊ１勢的示意圖，圖中紅色實(shí)線代表全電子波函數(shù)與離子勢，藍(lán)色虛線代表贗勢以及贗??勢波函數(shù)，／；是臨界半徑

根據(jù)各ＢＧＮ晶體的結(jié)構(gòu)對(duì)稱性及拓?fù)洳坏葍r(jià)原理，在所有的晶體結(jié)構(gòu)中通??過總能量最小化原理先后對(duì)ＢＣｘＮ異構(gòu)體的晶格參數(shù)及原子內(nèi)部坐標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化，??找出其能量最低晶胞最穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，如下圖３．１所示。在圖３．１中，⑷，⑷和⑷??晶體結(jié)構(gòu)的側(cè)面屬于（１００）晶面，而前后面屬于（０１０）晶面，上下面則屬于（００１）晶面。??＿權(quán)＿??（ａ）?ＢＣＮ?（ｂ）?ＢＣ２Ｎ?（ｃ）?ＢＣ４Ｎ??圖３．１?ＢＣ，Ｎ的晶體結(jié)構(gòu)：（ａ）?ＢＣＮ，?（ｂ）?ＢＣ，Ｎ．?（ｃ）?ＢＣ，Ｎ．?代表Ｂ原子，？代表Ｃ原子，??肇代表Ｎ原子．圖（ａ），?（ｂ），和（ｃ）的側(cè)面屬干（１００）晶面，前后面屬干（０１０）晶面，上下??面屬于（００１）晶面．??Ｆｉｇｕｒｅ?３．１?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ?ｏｆ?ＢＣ．ｔＮ：?（ａ）?ＢＣＮ，?（ｂ）?ＢＣ２Ｎ，?（ｃ）?ＢＣ４Ｎ．?ｃ?ｉｓ?Ｂ?ａｔｏｍ，?？?ｉｓ?Ｃａｔｏｍ，?？?ｉｓ?Ｎ??ａｔｏｍ．?Ｔｈｅ?ｓｉｄｅ?ｆａｃｅｓ?ｉｎ?（ａ），?（ｂ），?（ｃ），?ａｎｄ?（ｄ）?ｂｅｌｏｎｇ?ｔｏ?（１００），ｔｈｅ?ｆｒｏｎｔ?ｆａｃｅｓ?ｉｎ?（ａ），?（ｂ），?（ｃ），?ａｎｄ??（ｄ）?ｂｅｌｏｎｇ?ｔｏ?（０１０），ａｎｄ?ｔｈｅ?ｔｏｐ?ｆａｃｅｓ?ｉｎ?（ａ），?（ｂ），?（ｃ），?ａｎｄ?（ｄ）?ｂｅｌｏｎｇ?ｔｏ?（００１）．??通�；趯�(shí)驗(yàn)值或者文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)的理論數(shù)據(jù)搭建的晶體模型可能并未處于能量??１７??

?西南大學(xué)碩士學(xué)位論文??比較圖４．１?（ａ）和４．１（ｂ）可以看出，ＢＣｔＮ的理想強(qiáng)度ｃ－ＢＮ的理想強(qiáng)度非常相近。??１００?卜?Ｉ?ｉ?Ｕ—ｃ－ＢＮ?（１１１）?ｎ?■?＿??ｃ?．－？－ｄｉａｍｏｎｄ（１１１）?＾??ｓ．?７５?－?－＾ＢＣ，Ｎ（１１０）?？?▲?－??５?１０?１５?（０）?５?１０?１５??（ａ）?Ｓｔｒａｉｎ?（％）?（ｂ）?Ｓｔｒａｉｎ?（％）??１?議—？－ｂｃｎＩ?－？－ｂｃｎ｜?－ｂ－ｂｃｎＩ??？?．＂？■ＢＣ、?？ＢＣ、??廣??????０?５?１０?１５?２０?２５?０?５?１０?１５?２０?２５?０?５?１０?１５?２０?２５?３０??Ｓｔｒａｉｎ?［１００】（％）?Ｓｔｒａｉｎ?［０１０］?（％）?Ｓｔｒａｉｎ?［００１］?（％）??（ｃ）??圖４．１應(yīng)力應(yīng)變曲線：（ａ）沿著ＢＣ４Ｎ的（１１１），?（１１０），和（１０１）剪切面，（ｂ）沿著ｃ－ＢＮ和金剛??石的（１１１）剪切面，以及（Ｃ）沿著三種的［１００］，?［０１０］，和［００１］晶向．??Ｆｉｇｕｒｅ?４．１?Ｔｅｎｓｉｌｅ?ｓｔｒｅｓｓ－ｓｔｒａｉｎ?ｃｕｒｖｅ：?（ａ）?ａｌｏｎｇ?ｔｈｅ?（１１１），（１１０），ａｎｄ?（１０１）?ｓｈｅａｒ?ｐｌａｎｅｓ?ｆｏｒ?ＢＣ４Ｎ，??（ｂ）?ａｌｏｎｇ?ｔｈｅ?（１１１）?ｓｈｅａｒ?ｐｌａｎｅ?ｆｏｒ?ｃ－ＢＮ?ａｎｄ?ｄｉａｍｏｎｄ

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]幾種BC2N超硬材料力學(xué)性能與電子結(jié)構(gòu)的理論研究[J]. 陳志謙,李春梅,王瑨,王放,王強(qiáng).  中國科學(xué):物理學(xué) 力學(xué) 天文學(xué). 2013(02)
[2]新型超硬材料理論設(shè)計(jì)方法簡介及展望[J]. 李延齡.  徐州師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2010(03)
[3]過渡金屬與氮共摻雜ZnO電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)的第一性原理研究[J]. 段滿益,徐明,周海平,沈益斌,陳青云,丁迎春,祝文軍.  物理學(xué)報(bào). 2007(09)

博士論文
[1]高壓下新型B-C-N-O超硬材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[D]. 李全.吉林大學(xué) 2011



本文編號(hào)：3239664