RE-Ti-Si金屬間化合物力學(xué)與熱力學(xué)性質(zhì)的第一原理計(jì)算.pdf

1、鈦和鈦合金，由于其所具有的高比強(qiáng)度、高硬度、高可塑性、低彈性模量、抗腐蝕性能好等優(yōu)秀的物理化學(xué)特性，在航空航天、汽車制造、生物材料、軍工等諸多領(lǐng)域引起了廣泛的關(guān)注。在鈦合金中加入稀土元素以改善和提高合金性能，是近年來(lái)鈦合金研究的熱點(diǎn)之一。金屬間化合物RETiSi和RE2Ti3Si4，由于其與合金性能的差異而成為新材料研究的熱點(diǎn)。本文旨在通過基于密度泛函理論的第一原理計(jì)算方法，對(duì)RE-Ti-Si體系金屬間化合物的力學(xué)和熱力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行系統(tǒng)的

2、計(jì)算。
　　 首先，本文利用第一原理方法對(duì)RETiSi和RE2Ti3Si4體系中的典型代表GdTiSi化合物以及Gd2Ti3Si4化合物進(jìn)行了電子結(jié)構(gòu)、力學(xué)性質(zhì)和熱物理性能的計(jì)算。通過計(jì)算得到的體積模量和剪切模量之比B/G得出GdTiSi化合物呈延性，而Gd2Ti3Si4化合物顯脆性，并且兩者均呈現(xiàn)各向異性。對(duì)比化合物的形成焓、彈性性質(zhì)及相應(yīng)模量等參數(shù)發(fā)現(xiàn)，Gd2Ti3Si4化合物的強(qiáng)度、硬度、剛度以及穩(wěn)定性均高于GdTiSi化

3、合物。
　　 然后，對(duì)RETiSi(RE=Y, Tb，Dy, Ho，Er，Tm，Lu)體系的7種化合物進(jìn)行了系統(tǒng)的計(jì)算和預(yù)測(cè)，得到了相穩(wěn)定性、電子結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能以及熱力學(xué)性能的相關(guān)數(shù)據(jù)，并對(duì)比分析了其相應(yīng)性質(zhì)隨稀土元素原子序數(shù)的變化趨勢(shì)。計(jì)算得到體系化合物的晶格常數(shù)與實(shí)驗(yàn)值相吻合。體積模量和剪切模量之比顯示RETiSi化合物均呈延性，對(duì)比形成焓、彈性性質(zhì)及相應(yīng)模量等計(jì)算參數(shù)得出RETiSi體系化合物的強(qiáng)度和穩(wěn)定性隨著稀土元素的原

4、子序數(shù)增加而稍微升高。
　　 最后，計(jì)算了gE2Ti3Si4(RE=Tb，Dy, Ho，Er)體系的4種化合物的相穩(wěn)定性、電子結(jié)構(gòu)、彈性性能以及熱力學(xué)性能，對(duì)比相應(yīng)的性質(zhì)并分析其隨稀土元素原子序數(shù)的變化關(guān)系。計(jì)算得到的晶格常數(shù)與實(shí)驗(yàn)值相一致。體積模量和剪切模量之比顯示RE2Ti3Si4化合物均呈現(xiàn)脆性。隨著稀土元素原子序數(shù)增加，化合物的體積和形成焓呈微小遞減趨勢(shì)，體積模量、剪切模量和楊氏模量基本上隨著稀土元素原子序數(shù)的增加而增大