基于第一原理方法計(jì)算二元合金相圖.pdf

1、相圖是材料與冶金科學(xué)的重要理論基礎(chǔ)，是材料設(shè)計(jì)的指導(dǎo)書?？蓮膶?shí)驗(yàn)測(cè)試、熱力學(xué)計(jì)算等多種方法獲得相圖。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且受到實(shí)驗(yàn)條件的限制，難以滿足實(shí)際需要。熱力學(xué)計(jì)算方法(CALPHAD)獲得相圖已取得很大成功，但需要依賴實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和選擇恰當(dāng)?shù)臒崃W(xué)模型，不同熱力學(xué)模型只適用于有限體系，且無法預(yù)測(cè)中間化合物的生成。現(xiàn)代材料科學(xué)技術(shù)的發(fā)展需要從原子水平上研究合金相圖。第一原理方法(first-principles)可以從電子層次上來

2、研究合金的能量關(guān)系。僅僅根據(jù)組元的原子序數(shù)及它們?cè)诮o定晶體結(jié)構(gòu)的晶胞中的位置，即可比較成功地描述一些基態(tài)性質(zhì)，且物理實(shí)質(zhì)深刻。結(jié)合統(tǒng)計(jì)力學(xué)模擬可計(jì)算出溫度－組分相圖。應(yīng)用第一原理方法計(jì)算合金體系的熱力學(xué)性質(zhì)已成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。 本文運(yùn)用密度泛函理論框架下的第一原理平面波贗勢(shì)計(jì)算方法，結(jié)合集團(tuán)展開技術(shù)，對(duì)Cu-Au、Cu-Pt、Cu-Pd、Cu-Rh四個(gè)二元貴金屬體系的相穩(wěn)定性進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，并通過Monte-Carlo模擬計(jì)

3、算得到了Cu-Pt、Cu-Pd、Cu-Rh三個(gè)二元合金體系的固態(tài)相圖。 研究了Cu-Au體系的基態(tài)。計(jì)算的結(jié)果正確預(yù)測(cè)了Cu3Au相和CuAu相的穩(wěn)定存在，與實(shí)驗(yàn)測(cè)定結(jié)果相符。同時(shí)還預(yù)測(cè)到可能存在的穩(wěn)定相CuAu4。 重點(diǎn)研究了Cu-Pt體系。計(jì)算結(jié)果確認(rèn)L12結(jié)構(gòu)的Cu3Pt相和L11結(jié)構(gòu)的CuPt相是能夠穩(wěn)定存在的，預(yù)測(cè)到Cu3Pt5是可能存在的穩(wěn)定相。給出了各穩(wěn)定相結(jié)構(gòu)的晶格常數(shù)。首次得到了0-25at.％Pt組分

4、范圍的溫度－組分相圖。計(jì)算的Cu3Pt轉(zhuǎn)變溫度為980K，與實(shí)驗(yàn)測(cè)試值1008K相差28K。計(jì)算預(yù)測(cè)當(dāng)溫度降低到大約400K以下時(shí)，將生成Cu7Pt相。此相在常溫下可能在很小的范圍內(nèi)存在。 對(duì)Cu-Pd體系分別在FCC基母晶格和BCC基母晶格上進(jìn)行計(jì)算，確認(rèn)Cu-Pd體系中的穩(wěn)定相為B2結(jié)構(gòu)的CuPd相和L10結(jié)構(gòu)的Cu3Pd相。首次計(jì)算了0-25at.％Pd組分范圍的溫度－組分相圖。計(jì)算的L12結(jié)構(gòu)Cu3Pd有序相到FCC結(jié)構(gòu)