本文關(guān)鍵詞：氫致Ni-Al系金屬間化合物脆性的第一性原理研究

  更多相關(guān)文章： Ni-Al金屬間化合物 力學(xué)性質(zhì) 電子結(jié)構(gòu) 第一性原理

【摘要】：Ni-Al系金屬間化合物因其具有熔點(diǎn)高、抗氧化性和導(dǎo)熱性能好等優(yōu)點(diǎn)，，作為一種新穎的高溫結(jié)構(gòu)材料，被廣泛地應(yīng)用。但因其具有室溫脆性，嚴(yán)重制約其服役壽命和應(yīng)用領(lǐng)域。本文采用第一性原理計(jì)算的方法對Ni-Al系金屬間化合物的晶體結(jié)構(gòu)、形成能、態(tài)密度、布居數(shù)和彈性常數(shù)進(jìn)行了計(jì)算，實(shí)現(xiàn)了對其電子結(jié)構(gòu)和力學(xué)性質(zhì)的表征；然后研究了H原子摻雜對NiAl和Ni3Al晶體結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)和力學(xué)性質(zhì)的影響，以期揭示其室溫脆性機(jī)理。 Ni-Al系五種金屬間化合物的理論計(jì)算晶格常數(shù)與實(shí)驗(yàn)值和其他理論計(jì)算值相吻合，計(jì)算結(jié)果具有較高的可靠性；五種金屬間化合物的形成能均為負(fù)值，是熱力學(xué)穩(wěn)定的，其穩(wěn)定性排序?yàn)椋篘iAlNi2Al3Ni5Al3NiAl3Ni3Al；基于態(tài)密度分析可知，五種化合物費(fèi)米能級處的態(tài)密度貢獻(xiàn)都主要來自Ni的3d電子和Al的3p電子，且Al的3s和3p軌道與Ni的3d軌道發(fā)生雜化；Ni3Al、NiAl、Ni5Al3、NiAl3和Ni2Al3在費(fèi)米能級處態(tài)密度的具體峰值為4.51eV、1.11eV、3.84eV、1.65eV、1.19eV，穩(wěn)定性順序與形成能計(jì)算結(jié)果相吻合；基于布居數(shù)分析可知，Al失去電子，Ni得到電子，Ni-Al形成較強(qiáng)的共價(jià)鍵且居于主導(dǎo)地位。五種化合物均為機(jī)械穩(wěn)定的；NiAl的G/B值為0.253，延性最好；Ni2Al3的G/B值為0.645，表現(xiàn)為脆性。Ni5Al3和Ni2Al3的楊氏模量分別為210GPa和209GPa，可預(yù)測其具有較高的硬度。 H摻雜NiAl和Ni3Al后，優(yōu)先占據(jù)NiAl中富Al的八面體間隙和Ni3Al中Ni原子構(gòu)成的八面體間隙；H摻雜Ni3Al后，其G/B均大于0.5，表現(xiàn)為脆性，H摻雜NiAl后，其G/B值有所增加，與NiAl相比脆性增加，即H摻雜導(dǎo)致了兩種化合物的脆性。基于態(tài)密度分析，得知H的1s軌道與Ni的3d軌道發(fā)成雜化。由布居數(shù)分析可知，H得到電子，其近鄰的Ni得電子能力減弱；H與近鄰Ni形成共價(jià)鍵，近鄰Ni原子之間形成Ni-Ni反鍵。H摻雜導(dǎo)致了NiAl和Ni3Al中Ni-Ni反鍵的形成，因此Ni-Ni鍵在低應(yīng)力條件下就會(huì)發(fā)生斷裂，Ni-Ni反鍵所在晶面成為解理面，NiAl和Ni3Al的脆性增加。
【關(guān)鍵詞】：Ni-Al金屬間化合物 力學(xué)性質(zhì) 電子結(jié)構(gòu) 第一性原理
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG146.15
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 目錄8-10
• 第1章 緒論10-16
• 1.1 本文的研究背景10
• 1.2 Ni-Al 系金屬間化合物的結(jié)構(gòu)和性能10-13
• 1.2.1 Ni-Al 系金屬間化合物的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用10-12
• 1.2.2 Ni-Al 系金屬間化合物的室溫脆性12-13
• 1.3 計(jì)算材料學(xué)及計(jì)算模擬軟件簡介13-15
• 1.3.1 計(jì)算材料學(xué)在金屬間化合物研究中的應(yīng)用13-14
• 1.3.2 計(jì)算軟件 Materials Studio 及 CASTEP 的簡介14-15
• 1.4 本文研究目的及主要內(nèi)容15-16
• 第2章 第一性原理計(jì)算和密度泛函理論16-23
• 2.1 第一性原理概述16
• 2.2 薛定諤方程16-17
• 2.3 密度泛函理論17-20
• 2.3.1 引言17-18
• 2.3.2 Thomas-Fermi 模型18-19
• 2.3.3 Hohenberg-Kohn 定理19
• 2.3.4 Kohn-Sham 方程19-20
• 2.4 交換-關(guān)聯(lián)能泛函20-23
• 2.4.1 局域密度近似(LDA)20-21
• 2.4.2 廣義梯度近似(GGA)21-22
• 2.4.3 贗勢22-23
• 第3章 Ni-Al 系金屬間化合物的第一性原理計(jì)算23-37
• 3.1 引言23
• 3.2 Ni-Al 系金屬間化合物的晶體結(jié)構(gòu)模型及參數(shù)設(shè)置23-25
• 3.2.1 Ni-Al 系金屬間化合物的晶體結(jié)構(gòu)模型23-25
• 3.2.2 相關(guān)參數(shù)設(shè)置25
• 3.3 Ni-Al 系金屬間化合物晶體的電子結(jié)構(gòu)分析25-33
• 3.3.1 晶格常數(shù)和形成能25-27
• 3.3.2 Ni-Al 系金屬間化合物的態(tài)密度分析27-30
• 3.3.3 Ni-Al 系金屬間化合物的軌道電子和鍵布居數(shù)分析30-33
• 3.4 Ni-Al 系金屬間化合物的力學(xué)性質(zhì)33-36
• 3.5 本章小結(jié)36-37
• 第4章 Ni_3Al 和 NiAl 室溫脆性的第一性原理研究37-52
• 4.1 引言37
• 4.2 計(jì)算模型及計(jì)算參數(shù)37-39
• 4.3 電子結(jié)構(gòu)的計(jì)算39-50
• 4.3.1 H 在 Ni_3Al 和 NiAl 體系中的占位39-40
• 4.3.2 H 摻雜 Ni_3Al 和 NiAl 的態(tài)密度分析40-45
• 4.3.3 H 摻雜 Ni_3Al 和 NiAl 的軌道電荷和鍵布居數(shù)分析45-50
• 4.4 H 摻雜 Ni_3Al 和 NiAl 金屬間化合物的力學(xué)性質(zhì)50-51
• 4.5 本章小結(jié)51-52
• 結(jié)論52-53
• 參考文獻(xiàn)53-58
• 致謝58

【參考文獻(xiàn)】

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中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

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本文編號(hào)：974110