TiAl-TiO2界面相互作用的第一性原理研究.pdf

1、TiAl合金因其具有質(zhì)輕、比強(qiáng)度高和高溫抗蠕變能力強(qiáng)等優(yōu)異的性能,成為代替Ni基重合金最具有潛力的高溫結(jié)構(gòu)材料之一,但是高溫抗氧化能力不足嚴(yán)重制約了它在實(shí)際生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用。本文圍繞TiAl金屬間化合物與初氧化生成產(chǎn)物金紅石相TiO2展開第一性原理計(jì)算,研究了TiAl/TiO2界面結(jié)構(gòu)、界面穩(wěn)定性、界面結(jié)合強(qiáng)度及界面原子的電子結(jié)構(gòu)特性。
　　首先,計(jì)算了TiAl塊體及穩(wěn)定性最高的TiAl(110)表面的電子結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性特性。結(jié)果顯

2、示TiAl中Ti與Al以共價(jià)鍵結(jié)合,Al終端的TiAl(110)表面表面能最低,最穩(wěn)定。與Al終端TiAl(110)表面比較發(fā)現(xiàn),缺陷(Ti空位)更易于在Ti終端TiAl(110)表面出現(xiàn),在缺陷(Nb摻雜)的影響下,Al終端TiAl(110)表面較Ti終端TiAl(110)表面更穩(wěn)定。
　　其次,計(jì)算了金紅石型TiO2塊體和四個(gè)低指數(shù)表面的電子結(jié)構(gòu)特性和穩(wěn)定性等性質(zhì)。塊體TiO2為半導(dǎo)體,TiO2四個(gè)低指數(shù)表面中(110)表面最

3、穩(wěn)定且最容易解離。
　　最后,研究了5種不同匹配的TiAl(110)/TiO2(110)界面,結(jié)果表明界面兩側(cè)的O原子和Al原子間存在較強(qiáng)的相互作用,O原子可以擴(kuò)散至TiAl側(cè),Al-O鍵在界面連接中起主要作用。Al-O鍵在O位于Ti-Al橋位匹配的界面中作用最強(qiáng),使得該界面結(jié)合最牢固、最穩(wěn)定,即TiAl與TiO2間最有可能以此種界面結(jié)合。缺陷(Ti空位和Nb摻雜)將降低界面的結(jié)合強(qiáng)度及穩(wěn)定性,同時(shí)缺陷也影響界面的相對穩(wěn)定性,Ti