Fe-,x-Al-,y-系列金屬陶瓷的量子化學(xué)計(jì)算.pdf

1、金屬和陶瓷是兩種非常重要的材料。但單一材料的性能已不能滿足人們對(duì)材料性能的需求。多種材料復(fù)合是目前材料科學(xué)研究的主要方向之一，金屬陶瓷因其既保持有陶瓷的高強(qiáng)度、高硬度、耐磨損、耐高溫、抗氧化和化學(xué)穩(wěn)定性等特性，又有較好的金屬韌性和可塑性而日益受到重視。 對(duì)固體的微觀電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，我們可以認(rèn)識(shí)固體各種物理性質(zhì)的本質(zhì)。固體由大量的原子組成，每個(gè)原子又由原子核和電子組成，原則上說，如果能夠?qū)懗鲞@個(gè)多體問題的Schrodinger方

2、程，并且求出該方程的解，就可以了解固體的許多物理性質(zhì)。但困難在于嚴(yán)格求解該方程過于復(fù)雜。因此，必須采用一些近似和簡(jiǎn)化。通過絕熱近似將原子核的運(yùn)動(dòng)與電子的運(yùn)動(dòng)分開；通過Hartree-Fock方法將多電子問題簡(jiǎn)化為單電子問題。但是Hattree-Fock方法沒有考慮電子的關(guān)聯(lián)相互作用，而密度泛函理論對(duì)此處理的更嚴(yán)格、更精確，而且能給出電子交換-關(guān)聯(lián)能泛函的具體表達(dá)形式。在實(shí)際求解過程中通常選取一定形式的基函數(shù)組來展開單電子波函數(shù)，求解展開

3、系數(shù)可得到固體單電子Schrodinger方程的解。 本文用離散變分密度泛函(DFT-DVM)方法計(jì)算了TiC，Al<,2>O<,3>，F(xiàn)e<,x>Al<,y>，TiC/Fe<,x>Al<,y>和Al<,2>O<,3>/Fe<,x>Al<,y>，討論了組成，電子結(jié)構(gòu)，化學(xué)鍵等與性能之間的關(guān)系。在TiC態(tài)密度圖中，Ti 3d主要貢獻(xiàn)導(dǎo)帶。C 2p在價(jià)帶中的高峰較多，但是在導(dǎo)帶中的峰較為密集。在Al<,2>O<,3>中，價(jià)帶主要由O

4、 2p貢獻(xiàn)，而導(dǎo)帶則主要由Al3p貢獻(xiàn)。在Fe<,x>Al<,y>，中，F(xiàn)e 3d的貢獻(xiàn)集中在費(fèi)米能級(jí)附近-4到2eV范圍內(nèi)，而Al3p在Fe<,3>Al中的最高峰在價(jià)帶，在FeAl中的最高峰在導(dǎo)帶。 從TiC，F(xiàn)eAl和Fe<,3>Al單相，到TiC/FeAl和TiC/Fe<,3>Al復(fù)合體系，離子鍵強(qiáng)度逐漸減弱，而共價(jià)鍵強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)。TiC/Fe<,3>Al復(fù)合體系共價(jià)鍵比TiC/FeAl強(qiáng)。這與TiC/FeAl系列樣品中，

5、隨鋁含量逐漸減少，即FeAl含量逐漸減少，F(xiàn)e<,3>Al逐漸增多，抗彎強(qiáng)度等增加的實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。 另外，本文還用離散變分密度泛函(DFT-DVM)方法計(jì)算了在TiC/Fe<,x>Al<,y>，系列中摻雜M原子(M=Mo和Ni)，討論了組成，電子結(jié)構(gòu)，化學(xué)鍵等與性能之間的關(guān)系。與單相比較，TiC摻雜復(fù)合體系中所有原子電荷絕對(duì)值都有所降低，TiC摻Ni后Ti-C共價(jià)鍵減弱，但是摻Mo后Ti-C共價(jià)鍵增強(qiáng)，摻Mo和Ni體系化學(xué)鍵的變