NbSi2硅化物以其高熔點、高強度和適中的密度等特點被認為是新一代高溫結構材料的候選者,能夠應用于航天航空發(fā)動機渦輪葉片、熱障涂層和工業(yè)燃燒爐等各個工業(yè)領域。然而,最近的文獻表明,較差的高溫抗氧化性能制約了它的工業(yè)應用,且NbSi2氧化的內(nèi)部機制還不甚清楚。之前的實驗研究表明,Ti、Zr和Hf等合金元素能夠形成化學性質穩(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的四種晶體結構(C40、C11b、C54和C49)的結構穩(wěn)定性、力學性質、熱力學性質和電子性質,比較了這四種晶體結構的結構穩(wěn)定性和各種性能的差異,并從電子結構角度闡明了其差異的本質原因。接下來,重點研究了 C40-NbSi2的氧化機制,主要考慮了氧原子在NbSi2(001)表面上的吸附性質和氧原子在體相NbSi2晶體中的擴散路徑及占位機制,并分析了氧原子與其周圍原子的相互作用。在此基礎上,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...

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【學位級別】：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 交換關聯(lián)能泛函
    2.4 CASTEP計算模塊簡介
    2.5 本章小結
第3章 NbSi₂的穩(wěn)定結構、力學性質和熱力學性質研究
    3.1 引言
    3.2 結構模型及計算方法
    3.3 結構穩(wěn)定性
    3.4 力學性質
    3.5 電子結構
        3.5.1 能帶結構
        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 熱力學性質
    3.7 本章小結
第4章 NbSi₂氧化機制的研究
    4.1 引言
    4.2 NbSi₂(001)表面氧吸附的研究
        4.2.1 結構模型與計算方法
        4.2.2 結構穩(wěn)定性
        4.2.3 吸附能
        4.2.4 電子結構
    4.3 體相NbSi₂內(nèi)部氧化的研究
        4.3.1 結構模型與計算方法
        4.3.2 氧原子占位
        4.3.3 氧擴散
        4.3.4 電子結構
    4.4 本章小結
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 結構模型與計算方法
    5.3 結構穩(wěn)定性
    5.4 氧雜質形成能
    5.5 電子結構
        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
第6章 結論
致謝
參考文獻
攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文及科研成果



本文編號：3933860