L12相金属间化合物极端泊松比的第一性原理研究

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L12相金属间化合物由于其高度对称性,具有良好的耐高温性、抗蠕变性、耐磨性、抗氧化性等优点。关于该结构的研究有很多,但未涉及到拉胀性。而拉胀性作为一种特殊的弹性性能,可使材料表现出优异的力学性能,具有极高的研究价值。但是目前金属的拉胀性研究相对较少,对其起因机理的探索更为单一。本文从电子结构角度入手,采用第一性原理方法,系统地研究了二元L12相金属间化合物的极端泊松比,并探讨了其产生机理。另外,本文采用ATAT软件包构建了三元Al3Sc1-xVx型L12相金属间化合物的SQS-32模型,并研究了三元结构的极端泊松比及产生机理。主要工作如下:(1)采用第一性原理方法,系统研究了102种A3B型L12相金属间化合物的弹性常数、相关弹性模量和极端泊松比,并探讨了极端泊松比与各因素间的关系。结果表明:本文所选结构的弹性常数均满足力学稳定性标准;31%的被研究对象具有负泊松比;材料的拉胀性与各向异性、组元的电子结构及电子功函数均有密切关系;分析差分电荷密度图得知,材料的塑性和拉胀性均与原子间连接键的方向性有关。最终得出,拉胀性起源于电子结构,是由各向异性电荷再分配引起的。(2)采用第一性原理方法计算了三元Al3Sc1-xVx型L12相金属间化合物的弹性常数、相关弹性模量与极端泊松比,并对具体性质进行了分析。首先,模型误差和形成焓的分析结果,验证了本次构建的模型可稳定存在;晶格常数和弹性常数与其他文献的数据对比结果,表明我们计算的可靠性。然后,各参数随V元素含量变化情况,证实了第三元素的合理添加可有效改善材料的稳定性和拉胀性。最后,对比各方向上杨氏模量的大小得出,三元L12相金属间化合物Al3Sc1-xVx原子连接形式与二元化合物相同。因此,三元结构的拉胀性机理同样可以归因于各向异性电荷的再分配。
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