NbSi2硅化物以其高熔點(diǎn)、高強(qiáng)度和適中的密度等特點(diǎn)被認(rèn)為是新一代高溫結(jié)構(gòu)材料的候選者,能夠應(yīng)用于航天航空發(fā)動機(jī)渦輪葉片、熱障涂層和工業(yè)燃燒爐等各個工業(yè)領(lǐng)域。然而,最近的文獻(xiàn)表明,較差的高溫抗氧化性能制約了它的工業(yè)應(yīng)用,且NbSi2氧化的內(nèi)部機(jī)制還不甚清楚。之前的實(shí)驗(yàn)研究表明,Ti、Zr和Hf等合金元素能夠形成化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的氧化產(chǎn)物,可改善Nb-Si基合金的抗氧化性能。因此,合金化方法成為提高NbSi2抗氧化能力的一種重要的手段。本文采用基于密度泛函理論第一性原理方法,首先研究了 NbSi2的四種晶體結(jié)構(gòu)(C40、C11b、C54和C49)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、力學(xué)性質(zhì)、熱力學(xué)性質(zhì)和電子性質(zhì),比較了這四種晶體結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和各種性能的差異,并從電子結(jié)構(gòu)角度闡明了其差異的本質(zhì)原因。接下來,重點(diǎn)研究了 C40-NbSi2的氧化機(jī)制,主要考慮了氧原子在NbSi2(001)表面上的吸附性質(zhì)和氧原子在體相NbSi2晶體中的擴(kuò)散路徑及占位機(jī)制,并分析了氧原子與其周圍原子的相互作用。在此基礎(chǔ)上,研究了合金元素Ti、Zr和Hf在NbSi2晶體中的穩(wěn)定性占位以及對NbSi2抗氧化性能的影響。本文的主要研究成果...

【文章頁數(shù)】：90 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 研究背景
    1.2 NbSi₂合金概述
    1.3 Nb及Nb-Si基合金氧化行為的研究現(xiàn)狀
        1.3.1 Nb的氧化行為
        1.3.2 Nb-Si基合金氧化行為的國外研究現(xiàn)狀
        1.3.3 Nb-Si基合金氧化行為的國內(nèi)研究現(xiàn)狀
    1.4 合金化法改善Nb-Si基合金抗氧化性研究
    1.5 選題意義與研究內(nèi)容
第2章 第一性原理計(jì)算方法
    2.1 引言
    2.2 多粒子體系薛定諤方程
        2.2.1 Born-Oppenheimer近似
        2.2.2 Hartree-Fock近似
    2.3 密度泛函理論
        2.3.1 Hohenberg-Kohn定理
        2.3.2 Kohn-Sham方程
        2.3.3 交換關(guān)聯(lián)能泛函
    2.4 CASTEP計(jì)算模塊簡介
    2.5 本章小結(jié)
第3章 NbSi₂的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)、力學(xué)性質(zhì)和熱力學(xué)性質(zhì)研究
    3.1 引言
    3.2 結(jié)構(gòu)模型及計(jì)算方法
    3.3 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性
    3.4 力學(xué)性質(zhì)
    3.5 電子結(jié)構(gòu)
        3.5.1 能帶結(jié)構(gòu)
        3.5.2 態(tài)密度
        3.5.3 布居分析
        3.5.4 差分電荷密度
    3.6 熱力學(xué)性質(zhì)
    3.7 本章小結(jié)
第4章 NbSi₂氧化機(jī)制的研究
    4.1 引言
    4.2 NbSi₂(001)表面氧吸附的研究
        4.2.1 結(jié)構(gòu)模型與計(jì)算方法
        4.2.2 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性
        4.2.3 吸附能
        4.2.4 電子結(jié)構(gòu)
    4.3 體相NbSi₂內(nèi)部氧化的研究
        4.3.1 結(jié)構(gòu)模型與計(jì)算方法
        4.3.2 氧原子占位
        4.3.3 氧擴(kuò)散
        4.3.4 電子結(jié)構(gòu)
    4.4 本章小結(jié)
第5章 合金元素Ti、Zr和Hf對NbSi₂抗氧化性的影響
    5.1 引言
    5.2 結(jié)構(gòu)模型與計(jì)算方法
    5.3 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性
    5.4 氧雜質(zhì)形成能
    5.5 電子結(jié)構(gòu)
        5.5.1 態(tài)密度
        5.5.2 布居分析
        5.5.3 差分電荷密度
    5.6 本章小結(jié)
第6章 結(jié)論
致謝
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及科研成果



本文編號：3933860