壓力下Ni3X點(diǎn)缺陷結(jié)構(gòu)的第一性原理研究.pdf

1、因?yàn)楸戎匦?、抗高溫、耐氧化等?yōu)點(diǎn)，Ni基金屬間化合物成為一種極具潛力的高溫結(jié)構(gòu)材料。其中，Ni3X金屬間化合物是Ni基金屬間化合物中非常重要，應(yīng)用非常廣泛的的一類材料。通常，Ni3X金屬間化合物晶體中由于原子的熱運(yùn)動(dòng)以及經(jīng)過(guò)各種加工會(huì)產(chǎn)生大量點(diǎn)缺陷。這些缺陷對(duì)材料的性能，特別是對(duì)諸如屈服強(qiáng)度、斷裂強(qiáng)度、塑性等結(jié)構(gòu)敏感的性能有很大影響。因此本文對(duì)Ni3X(X：Al，Nb，Si)點(diǎn)缺陷結(jié)構(gòu)展開(kāi)了研究。
　　本文利用基于密度泛函理論的第

2、一性原理方法研究了合金元素Nb摻雜Ni3Al產(chǎn)生點(diǎn)缺陷的結(jié)構(gòu)的晶格常數(shù)、形成熱、結(jié)合能、平衡濃度；對(duì)Ni3X(X：Nb，Si)點(diǎn)缺陷結(jié)構(gòu)的晶格常數(shù)，形成熱，結(jié)合能以及力學(xué)性能進(jìn)行計(jì)算；并研究了壓力對(duì)Ni3X(X：Nb、Si)點(diǎn)缺陷結(jié)構(gòu)上述性能的影響，主要結(jié)果如下：
　　Nb摻雜Ni3Al時(shí)，空位缺陷較反位缺陷難形成，Ni5Al3(AlNi)是合金中最容易形成也是最穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，AlNi是最普遍的反位缺陷。Nb優(yōu)先取代Al位置，且Nb

3、的加入能提高合金的穩(wěn)定性。1400K時(shí)，Ni3Al中空位缺陷平衡濃度遠(yuǎn)低于反位缺陷平衡濃度。當(dāng)晶胞中含有一個(gè)使晶胞收縮的缺陷時(shí)，再產(chǎn)生一個(gè)反位缺陷比較容易。而晶胞中含有一個(gè)使晶胞膨脹的缺陷時(shí)，再產(chǎn)生一個(gè)反位缺陷比較困難。
　　Ni3Nb、Ni3Si點(diǎn)缺陷結(jié)構(gòu)在0～50GPa范圍內(nèi)，壓力增大，晶胞體積比都降低，并且降低趨勢(shì)趨于平緩。并且點(diǎn)缺陷結(jié)構(gòu)比完整結(jié)構(gòu)對(duì)壓力更敏感，空位缺陷結(jié)構(gòu)比反位缺陷結(jié)構(gòu)對(duì)壓力更敏感，Ni3Nb中Ni(b)位

4、置比Ni(a)位置的缺陷對(duì)壓力更敏感。
　　Ni3Nb、Ni3Si點(diǎn)缺陷結(jié)構(gòu)在0～50GPa范圍內(nèi)，壓力增大，形成熱不斷增大，并超過(guò)0，成為正值，說(shuō)明隨著壓力增大，各相越來(lái)越難以形成，需要外界做的功越來(lái)越大。同時(shí)，含點(diǎn)缺陷的結(jié)構(gòu)相對(duì)完整結(jié)構(gòu)形成時(shí)需要更多能量且同一位置時(shí)，反位缺陷形成時(shí)所需能量更小。
　　Ni3Nb、Ni3Si點(diǎn)缺陷結(jié)構(gòu)在0～50GPa范圍內(nèi)，壓力增大，結(jié)合能絕對(duì)值不斷降低，說(shuō)明壓力的存在會(huì)降低各相的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定

5、性。同一位置時(shí)，含反位缺陷的結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定。同時(shí)Ni位置產(chǎn)生缺陷時(shí)晶胞更穩(wěn)定；Ni3Nb中Ni(a)位置，即底面面心位置的缺陷比Ni(b)位置，即側(cè)面位置上的缺陷更穩(wěn)定?？瘴蝗毕萁Y(jié)構(gòu)對(duì)壓力更敏感。
　　Ni3Nb、Ni3Si點(diǎn)缺陷結(jié)構(gòu)在0～50GPa范圍內(nèi)，壓力增大，其體模量B、剪切模量G、楊氏模量E、泊松比ν都增大，G/B減小，說(shuō)明壓力的增大能提高Ni3Nb點(diǎn)缺陷結(jié)構(gòu)的抗體積變形能力、抗剪切變形能力、硬度、塑性和延性。Ni6Nb2、