鎢及其合金是未來聚變堆最有前景的面向等離子體材料。由于純鎢自身存在低溫脆性、輻照脆性等缺點(diǎn),因此,近年來實(shí)驗(yàn)上通過添加第二相碳化物顆粒形成的彌散強(qiáng)化鎢合金成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)。其中,鎢合金中碳化物與基體的界面在提高其力學(xué)與抗輻照損傷等綜合性能中起著關(guān)鍵作用。此外,在實(shí)驗(yàn)制備或服役過程中引入的雜質(zhì)(O、N、H、He等)易在界面處聚集,從而導(dǎo)致材料綜合性能的降低。因此,本論文基于第一性原理方法,研究了碳化物彌散強(qiáng)化鎢中的典型界面(如W-ZrC、W-TiC、W-TaC、W-ZrO2等)的穩(wěn)定性、結(jié)合強(qiáng)度、電子結(jié)構(gòu)以及雜質(zhì)的偏聚與擴(kuò)散行為,為理解碳化物彌散強(qiáng)化鎢材料的界面性質(zhì)以及雜質(zhì)偏聚行為以及進(jìn)一步提升鎢基材料的綜合性能提供了科學(xué)依據(jù)。首先,根據(jù)W和ZrC的晶格常數(shù)和取向關(guān)系,構(gòu)建并研究了 12種不同的類塊體W-ZrC界面的穩(wěn)定性和綜合性能。研究發(fā)現(xiàn):以C為終端的ZrC(111)/W(110)界面的結(jié)合強(qiáng)度最強(qiáng),而ZrC(200)C/W(100)共格界面的界面能最小,界面最穩(wěn)定。電子結(jié)構(gòu)顯示界面處的W原子轉(zhuǎn)移電荷給C原子;界面處C-W鍵主要是C-2p和W-5d雜化形成的共價(jià)鍵。雜質(zhì)H和He原子...

【文章頁數(shù)】：113 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 引言
    1.2 第一壁材料的研究
        1.2.1 鈹?shù)难芯?br>        1.2.2 碳基材料的研究
        1.2.3 W的第一壁材料研究
        1.2.4 W合金的第一壁材料研究
    1.3 本文的主要研究內(nèi)容
第二章 第一性原理計(jì)算方法
    2.1 密度泛函理論
        2.1.1 Hohenberg-Kohn定理
        2.1.2 Kohn-Sham方程
        2.1.3 交換關(guān)聯(lián)泛函
    2.2 贗勢和投影綴加波方法
    2.3 自洽方法
    2.4 結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法
        2.4.1 Hellmann-Feynman力
        2.4.2 共軛梯度法
    2.5 NEB
    2.6 表面能、界面能和粘附功
    2.7 界面模型的構(gòu)建
第三章 W-ZrC界面穩(wěn)定性與H、He擴(kuò)散的研究
    3.1 研究背景
    3.2 計(jì)算方法
    3.3 結(jié)果和討論
        3.3.1 塊體和表面性質(zhì)
        3.3.2 界面模型和界面的穩(wěn)定性
        3.3.3 H和He在界面的偏析和遷移
    3.4 本章小結(jié)
第四章 碳化物彌散和雜質(zhì)對鎢合金界面性能影響的研究
    4.1 研究背景
    4.2 計(jì)算方法
    4.3 結(jié)果
        4.3.1 界面能
        4.3.2 拉伸應(yīng)力計(jì)算
        4.3.3 界面對輕的元素的捕獲
    4.4 討論
        4.4.1 界面結(jié)構(gòu)和臨界半徑
        4.4.2 理論研究與輻照實(shí)驗(yàn)對比
    4.5 本章小結(jié)
第五章 ZrO₂(001)/W(001)界面性質(zhì)的研究
    5.1 研究背景
    5.2 計(jì)算方法
    5.3 結(jié)果討論
        5.3.1 塊體和表面性質(zhì)
        5.3.2 界面模型和界面能
        5.3.3 界面分離功
        5.3.4 拉伸應(yīng)力計(jì)算
        5.3.5 電子結(jié)構(gòu)
    5.4 本章小結(jié)
第六章 全文總結(jié)
參考文獻(xiàn)
致謝
已發(fā)表學(xué)術(shù)論文



本文編號：3803966