合金平面價(jià)電子結(jié)構(gòu)與合金元素雜化狀態(tài)的確定.pdf

1、新材料技術(shù)已成為現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展的支柱之一，引起了世界各工業(yè)國(guó)的高度重視。各國(guó)在研究和開(kāi)發(fā)中都投入了很大的力量。但長(zhǎng)期以來(lái)，各種金屬材料的研制主要是沿用實(shí)驗(yàn)—測(cè)試—總結(jié)規(guī)律的傳統(tǒng)的“炒菜式”方法，國(guó)外稱之為“試行錯(cuò)誤”（Trial and Error Method）方法。這種方法主要依靠經(jīng)驗(yàn)，必須投入巨大的人力物力反復(fù)嘗試，周期長(zhǎng)，耗資大，與現(xiàn)代高科技的發(fā)展對(duì)材料的研制的要求不相適應(yīng)。造成這種局面的根本原因之一就在于材料科學(xué)的研究還大多停留

2、在原子結(jié)構(gòu)層次上，凝聚態(tài)物質(zhì)的原子價(jià)電子結(jié)構(gòu)與合金成分、結(jié)構(gòu)、性能之間的本質(zhì)關(guān)系還未被揭示出來(lái)。 吉林大學(xué)物理系教授余瑞璜從實(shí)驗(yàn)出發(fā)，采用理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法，在量子力學(xué)，Pauling理論，能帶理論的基礎(chǔ)上，結(jié)合周期表上前78種元素和上千種晶體和分子結(jié)構(gòu)，對(duì)一般的合金相圖及一系列物理性能資料進(jìn)行了檢驗(yàn)和全面總結(jié)，于1978年提出了用于處理復(fù)雜體系的“固體與分子經(jīng)驗(yàn)電子理論”，即余氏理論（EET）。對(duì)于點(diǎn)陣參數(shù)已知的晶體結(jié)構(gòu)，

3、EET能給出晶體中鍵絡(luò)上的電子分布和原子所處的狀態(tài)，用來(lái)計(jì)算晶體的結(jié)合能、熔點(diǎn)、合金相圖等，開(kāi)創(chuàng)了材料設(shè)計(jì)的新途徑。 本文以余氏理論為指導(dǎo)，以程氏理論中關(guān)于原子的邊界條件為探針，建立了確定合金奧氏體、合金馬氏體中各原子雜化狀態(tài)平均晶胞數(shù)學(xué)計(jì)算模型；并以鍵距差計(jì)算方法為依據(jù)，通過(guò)編寫(xiě)VC++程序，對(duì)合金奧氏體、合金馬氏體的價(jià)電子結(jié)構(gòu)和界面電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行了計(jì)算，利用計(jì)算所得的信息從價(jià)電子結(jié)構(gòu)的角度研究了一元合金奧氏體Fe-C-Cr、F

4、e-C-Ti、Fe-C-V、Fe-C-Ni晶胞中原子的雜化狀態(tài)，并初步建立了一元合金馬氏體中原子雜化狀態(tài)的研究方法。在對(duì)一元合金奧氏體原子雜化狀態(tài)的研究過(guò)程中，通過(guò)分析Fe-C奧氏體(111)晶面和Fe-C-Me合金奧氏體(111)晶面的價(jià)電子結(jié)構(gòu)，并同時(shí)考慮了相對(duì)界面電子密度差和鍵距差兩種因素，應(yīng)用原子雜化狀態(tài)判定因子W確定了Fe-C-Cr、Fe-C-Ti、Fe-C-V和Fe-C-Ni合金奧氏體晶胞中原子的雜化狀態(tài)：在Fe-C-Cr晶

5、胞中，F(xiàn)ec、Fef、Cr的雜化狀態(tài)分別為B14、B15、A6（或A7、A8）階；在Fe-C-Ti晶胞中，F(xiàn)ec、Fef、Ti原子的雜化狀態(tài)分別為B13(或B14)、B15（或B16）、B13（或B14）階；在Fe-C-V晶胞中，F(xiàn)ec、Fef、V原子的雜化狀態(tài)分別為B13（或B14）、B15（或B16）、A13（或A14）階；在Fe-C-Ni晶胞中Fec、Fef、Ni原子的雜化狀態(tài)分別為B14、B15（或B16或B17）、B8（或B9

6、或B10）階；在對(duì)一元合金馬氏體原子雜化狀態(tài)的研究過(guò)程中，以原子雜化判定因子W為依據(jù)，通過(guò)分析Fe-C-Me合金奧氏體(111)晶面和Fe-C-Me合金馬氏體(110)晶面的價(jià)電子結(jié)構(gòu)，建立了一元合金馬氏體原子雜化狀態(tài)的確定方法，確定了Fe-C-Cr合金馬氏體中Fe原子和Cr原子的雜化狀態(tài)分別是Fe2:A14，F(xiàn)e3:A13，Cr:A16階。 本文以余氏理論為指導(dǎo)，以程氏理論中關(guān)于原子的邊界條件為探針，建立了確定合金奧氏體、合

7、金馬氏體中各原子雜化狀態(tài)平均晶胞數(shù)學(xué)計(jì)算模型；并以鍵距差計(jì)算方法為依據(jù)，通過(guò)編寫(xiě)VC++程序，對(duì)合金奧氏體、合金馬氏體的價(jià)電子結(jié)構(gòu)和界面電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行了計(jì)算，利用計(jì)算所得的信息從價(jià)電子結(jié)構(gòu)的角度研究了一元合金奧氏體Fe-C-Cr、Fe-C-Ti、Fe-C-V、Fe-C-Ni晶胞中原子的雜化狀態(tài)，并初步建立了一元合金馬氏體中原子雜化狀態(tài)的研究方法。在對(duì)一元合金奧氏體原子雜化狀態(tài)的研究過(guò)程中，通過(guò)分析Fe-C奧氏體(111)晶面和Fe-C-M

8、e合金奧氏體(111)晶面的價(jià)電子結(jié)構(gòu)，并同時(shí)考慮了相對(duì)界面電子密度差和鍵距差兩種因素，應(yīng)用原子雜化狀態(tài)判定因子W確定了Fe-C-Cr、Fe-C-Ti、Fe-C-V和Fe-C-Ni合金奧氏體晶胞中原子的雜化狀態(tài)：在Fe-C-Cr晶胞中，F(xiàn)ec、Fef、Cr的雜化狀態(tài)分別為B14、B15、A6（或A7、A8）階；在Fe-C-Ti晶胞中，F(xiàn)ec、Fef、Ti原子的雜化狀態(tài)分別為B13(或B14)、B15（或B16）、B13（或B14）階；在

9、Fe-C-V晶胞中，F(xiàn)ec、Fef、V原子的雜化狀態(tài)分別為B13（或B14）、B15（或B16）、A13（或A14）階；在Fe-C-Ni晶胞中Fec、Fef、Ni原子的雜化狀態(tài)分別為B14、B15（或B16或B17）、B8（或B9或B10）階；在對(duì)一元合金馬氏體原子雜化狀態(tài)的研究過(guò)程中，以原子雜化判定因子W為依據(jù)，通過(guò)分析Fe-C-Me合金奧氏體(111)晶面和Fe-C-Me合金馬氏體(110)晶面的價(jià)電子結(jié)構(gòu)，建立了一元合金馬氏體原子