Ti, Cr, Al和B合金化元素对α-Nb5Si3力学性能和电子结构的影响

邹爱华 徐江 黄豪杰

引用本文: 邹爱华, 徐江, 黄豪杰. Ti, Cr, Al和B合金化元素对α-Nb5Si3力学性能和电子结构的影响[J]. 物理化学学报, 2014, 30(2): 289-296. doi: 10.3866/PKU.WHXB201312191 shu
Citation:  ZOU Ai-Hua, XU Jiang, HUANG Hao-Jie. Effects of the Alloying Elements Ti, Cr, Al and B on the Mechanical Properties and Electronic Structure of α-Nb5Si3[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2014, 30(2): 289-296. doi: 10.3866/PKU.WHXB201312191 shu

Ti, Cr, Al和B合金化元素对α-Nb5Si3力学性能和电子结构的影响

  • 基金项目:

    国家自然科学基金(51374130) (51374130)

    航空科学基金(2013ZE52058)资助项目 (2013ZE52058)

摘要:

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理方法,通过比较形成能(Eform)、价电子浓度(VEC)、弹性常数(Cij)、剪切模量(G)与体模量(B)的比值(G/B)以及派-纳力(τP-N)等参量的变化,研究了Ti、Cr、Al和B合金化对D81结构的α-Nb5Si3结构稳定性和力学性能的影响. 研究表明:合金化元素Ti、Cr、Al和B分别优先占据α-Nb5Si3中Nb4c、Nb4c、Si4a和Si8h位置;添加不同含量合金化元素的α-Nb5Si3仍保持稳定的D81结构;Ti、Al和B合金化使α-Nb5Si3的脆性增加,而随着Cr含量的增加,α-Nb5Si3的韧性逐渐增强. 此外,态密度(DOS)和Mulliken布居等电子结构的计算结果表明:Ti、Al和B合金化导致α-Nb5Si3脆性增加的主要原因是提高了共价键的强度;而Cr合金化的增韧作用主要来源于共价键数量的减少和强度的削弱,以及更多的反键态被占据.

English

    1. [1]

      (1) Guo, J. M.; Guo, X. P. Rare Met. Cem. Carbides 2008, 36, 39.[郭金明, 郭喜平. 稀有金属与硬质合金, 2008, 36, 39.]

      (1) Guo, J. M.; Guo, X. P. Rare Met. Cem. Carbides 2008, 36, 39.[郭金明, 郭喜平. 稀有金属与硬质合金, 2008, 36, 39.]

    2. [2]

      (2) Sekido, N.; Hildal, K.; Sakidja, R.; Perepezko, J. H.Intermetallics 2013, 41, 104. doi: 10.1016/j.intermet.2013.04.023(2) Sekido, N.; Hildal, K.; Sakidja, R.; Perepezko, J. H.Intermetallics 2013, 41, 104. doi: 10.1016/j.intermet.2013.04.023

    3. [3]

      (3) Sekido, N.;Wei, F. G.; Kimura, Y.; Miura, S.; Mishima, Y. Phil. Mag. Lett. 2006, 86, 89. doi: 10.1080/09500830600567701(3) Sekido, N.;Wei, F. G.; Kimura, Y.; Miura, S.; Mishima, Y. Phil. Mag. Lett. 2006, 86, 89. doi: 10.1080/09500830600567701

    4. [4]

      (4) Geng, J.; Tsakiropoulos, P.; Shao, G. S. Intermetallics 2006, 14,227. doi: 10.1016/j.intermet.2005.04.021(4) Geng, J.; Tsakiropoulos, P.; Shao, G. S. Intermetallics 2006, 14,227. doi: 10.1016/j.intermet.2005.04.021

    5. [5]

      (5) Geng, J.; Tsakiropoulos, P.; Shao, G. S. Intermetallics 2007, 15,69. doi: 10.1016/j.intermet.2006.03.001(5) Geng, J.; Tsakiropoulos, P.; Shao, G. S. Intermetallics 2007, 15,69. doi: 10.1016/j.intermet.2006.03.001

    6. [6]

      (6) Kim,W. Y.; Yeo, I. D.; Ra, T. Y.; Cho, G. S.; Kim, M. S.J. Alloy. Compd. 2004, 364, 186. doi: 10.1016/S0925-8388(03)00495-X(6) Kim,W. Y.; Yeo, I. D.; Ra, T. Y.; Cho, G. S.; Kim, M. S.J. Alloy. Compd. 2004, 364, 186. doi: 10.1016/S0925-8388(03)00495-X

    7. [7]

      (7) Chan, K. S. Metall. Mater. Trans. A 2001, 32A, 2001.(7) Chan, K. S. Metall. Mater. Trans. A 2001, 32A, 2001.

    8. [8]

      (8) Duan, Y. H.; Sun, Y. Acta Phys. Sin. 2012, 61, 217101. [段永华, 孙勇. 物理学报, 2012, 61, 217101.](8) Duan, Y. H.; Sun, Y. Acta Phys. Sin. 2012, 61, 217101. [段永华, 孙勇. 物理学报, 2012, 61, 217101.]

    9. [9]

      (9) Chen, Y.; Shang, J. X.; Zhang, Y. Phys. Rev. B 2007, 76,184204. doi: 10.1103/PhysRevB.76.184204(9) Chen, Y.; Shang, J. X.; Zhang, Y. Phys. Rev. B 2007, 76,184204. doi: 10.1103/PhysRevB.76.184204

    10. [10]

      (10) Sun, Z. P.; Guo, X. P. Mater. Rev. 2008, 22, 79.[孙志平, 郭喜平. 材料导报, 2008, 22, 79.](10) Sun, Z. P.; Guo, X. P. Mater. Rev. 2008, 22, 79.[孙志平, 郭喜平. 材料导报, 2008, 22, 79.]

    11. [11]

      (11) Chen, Y.; Shang, J. X.; Zhang, Y. J. Phys.: Condes. Matter 2007,19, 016215. doi: 10.1088/0953-8984/19/1/016215(11) Chen, Y.; Shang, J. X.; Zhang, Y. J. Phys.: Condes. Matter 2007,19, 016215. doi: 10.1088/0953-8984/19/1/016215

    12. [12]

      (12) Shang, J. S.; Guan, K.;Wang, F. H. J. Phys: Condes. Matter2010, 22, 085004. doi: 10.1088/0953-8984/22/8/085004(12) Shang, J. S.; Guan, K.;Wang, F. H. J. Phys: Condes. Matter2010, 22, 085004. doi: 10.1088/0953-8984/22/8/085004

    13. [13]

      (13) Zhang, L. M.; Fan, G. H.; Ding, S. F. Acta Phys. -Chim. Sin.2007, 23, 1498. [张丽敏, 范广涵, 丁少锋. 物理化学学报,2007, 23, 1498.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20071003(13) Zhang, L. M.; Fan, G. H.; Ding, S. F. Acta Phys. -Chim. Sin.2007, 23, 1498. [张丽敏, 范广涵, 丁少锋. 物理化学学报,2007, 23, 1498.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20071003

    14. [14]

      (14) Fischer, T. H.; Almlöf, J. J. Phys. Chem. 1992, 96, 9768. doi: 10.1021/j100203a036(14) Fischer, T. H.; Almlöf, J. J. Phys. Chem. 1992, 96, 9768. doi: 10.1021/j100203a036

    15. [15]

      (15) Wu, M. M.;Wen, L.; Tang, B. Y.; Peng, L. M.; Ding,W. J.J. Alloy. Compd. 2010, 506, 412. doi: 10.1016/j.jallcom.2010.07.018(15) Wu, M. M.;Wen, L.; Tang, B. Y.; Peng, L. M.; Ding,W. J.J. Alloy. Compd. 2010, 506, 412. doi: 10.1016/j.jallcom.2010.07.018

    16. [16]

      (16) Ravindran, P.; Subramoniam, G.; Asokamani, R. Phys. Rev. B1996, 53, 1129.(16) Ravindran, P.; Subramoniam, G.; Asokamani, R. Phys. Rev. B1996, 53, 1129.

    17. [17]

      (17) Wang, J. Y.; Zhou, Y. C. Phys. Rev. B 2004, 69, 214111. doi: 10.1103/PhysRevB.69.214111(17) Wang, J. Y.; Zhou, Y. C. Phys. Rev. B 2004, 69, 214111. doi: 10.1103/PhysRevB.69.214111

    18. [18]

      (18) Hu sson, H.W.; Jansson, U.; Johansson, B.; Eriksson, O.Science 2001, 293, 2434. doi: 10.1126/science.1060512(18) Hu sson, H.W.; Jansson, U.; Johansson, B.; Eriksson, O.Science 2001, 293, 2434. doi: 10.1126/science.1060512

    19. [19]

      (19) Joubert, J. M.; Colinet, C.; Rodrigues, G.; Suzuki, P. A.; Nunes,C. A.; Coelho, G. C.; Tedenac, J. C. J. Solid State Chem. 2012,190, 111. doi: 10.1016/j.jssc.2012.02.009(19) Joubert, J. M.; Colinet, C.; Rodrigues, G.; Suzuki, P. A.; Nunes,C. A.; Coelho, G. C.; Tedenac, J. C. J. Solid State Chem. 2012,190, 111. doi: 10.1016/j.jssc.2012.02.009

    20. [20]

      (20) Sakidja, R.; Perepezko, J. H.; Kim, S.; Sekido, N. Acta Mater.2008, 56, 5223. doi: 10.1016/j.actamat.2008.07.015(20) Sakidja, R.; Perepezko, J. H.; Kim, S.; Sekido, N. Acta Mater.2008, 56, 5223. doi: 10.1016/j.actamat.2008.07.015

    21. [21]

      (21) Chen, Y.; Hammerschmidt, T.; Pettifor, D. G.; Shang, J. X.;Zhang, Y. Acta Mater. 2009, 57, 2657. doi: 10.1016/j.actamat.2009.02.014(21) Chen, Y.; Hammerschmidt, T.; Pettifor, D. G.; Shang, J. X.;Zhang, Y. Acta Mater. 2009, 57, 2657. doi: 10.1016/j.actamat.2009.02.014

    22. [22]

      (22) Yang, F.; Fan, T.W.;Wu, J.; Tang, B. Y.; Peng, L. M.; Ding,W.J. Phys. Status Solidi B 2011, 248, 2809. doi: 10.1002/pssb.201147247(22) Yang, F.; Fan, T.W.;Wu, J.; Tang, B. Y.; Peng, L. M.; Ding,W.J. Phys. Status Solidi B 2011, 248, 2809. doi: 10.1002/pssb.201147247

    23. [23]

      (23) Kang, Y.W.; Han, Y. F.; Qu, S. Y.; Song, J. X. Chin. J. Aeronaut.2009, 22, 206. doi: 10.1016/S1000-9361(08)60088-6(23) Kang, Y.W.; Han, Y. F.; Qu, S. Y.; Song, J. X. Chin. J. Aeronaut.2009, 22, 206. doi: 10.1016/S1000-9361(08)60088-6

    24. [24]

      (24) Guo, L.; Hu, G.; Feng,W. J.; Zhang, S. T. Acta Phys. -Chim. Sin. 2013, 29, 929. [郭雷, 胡舸, 封文江, 张胜涛. 物理化学学报, 2013, 29, 929.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201303044(24) Guo, L.; Hu, G.; Feng,W. J.; Zhang, S. T. Acta Phys. -Chim. Sin. 2013, 29, 929. [郭雷, 胡舸, 封文江, 张胜涛. 物理化学学报, 2013, 29, 929.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201303044

    25. [25]

      (25) Xu, J.;Wu, J. D.; Lai, D. H.; Xie, Z. H.; Munroe, P. Mater. Sci. Tech. -Lond. 2012, 28, 1337. doi: 10.1179/1743284712Y.0000000069(25) Xu, J.;Wu, J. D.; Lai, D. H.; Xie, Z. H.; Munroe, P. Mater. Sci. Tech. -Lond. 2012, 28, 1337. doi: 10.1179/1743284712Y.0000000069

    26. [26]

      (26) Chan, K. S.; Davidson, D. L. Metall. Mater. Trans. A 2003, 34A,1833.(26) Chan, K. S.; Davidson, D. L. Metall. Mater. Trans. A 2003, 34A,1833.

    27. [27]

      (27) Si,W. P. First-Principles Study on the Elastic Property andElectronic Structure of Ti5Si3 Doped with the Third Element. Ph.D. Dissertation, Jilin University, Changchun, 2010. [司文平.第三组元掺杂下Ti5Si3弹性性质和电子结构的第一性原理计算[D]. 长春: 吉林大学, 2010.](27) Si,W. P. First-Principles Study on the Elastic Property andElectronic Structure of Ti5Si3 Doped with the Third Element. Ph.D. Dissertation, Jilin University, Changchun, 2010. [司文平.第三组元掺杂下Ti5Si3弹性性质和电子结构的第一性原理计算[D]. 长春: 吉林大学, 2010.]

    28. [28]

      (28) Chan, K. S. Metall. Mater. Trans. A 2003, 34A, 2315.(28) Chan, K. S. Metall. Mater. Trans. A 2003, 34A, 2315.

    29. [29]

      (29) Sekido, N.; Miura, S.; Yamabe-Mitarai, Y.; Kimura, Y.;Mishima, Y. Intermetallics 2010, 18, 841. doi: 10.1016/j.intermet.2009.12.010(29) Sekido, N.; Miura, S.; Yamabe-Mitarai, Y.; Kimura, Y.;Mishima, Y. Intermetallics 2010, 18, 841. doi: 10.1016/j.intermet.2009.12.010

    30. [30]

      (30) Yao, Q.; Zhang, Y.; Sun, J. Acta Metall. Sin. 2006, 42, 801.[姚强, 张羽, 孙坚. 金属学报, 2006, 42, 801.](30) Yao, Q.; Zhang, Y.; Sun, J. Acta Metall. Sin. 2006, 42, 801.[姚强, 张羽, 孙坚. 金属学报, 2006, 42, 801.]

    31. [31]

      (31) Li, C. B.; Li, M. K.; Yin, D.; Liu, F. Q.; Fan, X. J. Chin. Phys.2005, 14, 2287. doi: 10.1088/1009-1963/14/11/024(31) Li, C. B.; Li, M. K.; Yin, D.; Liu, F. Q.; Fan, X. J. Chin. Phys.2005, 14, 2287. doi: 10.1088/1009-1963/14/11/024

    32. [32]

      (32) Pan, L. X.; Xia, Q. L.; Ye, S. L.; Ding, N.; Liu, Z. R. Trans. Nonferrous Met. Soc. China 2012, 22, 1197. doi: 10.1016/S1003-6326(11)61305-8(32) Pan, L. X.; Xia, Q. L.; Ye, S. L.; Ding, N.; Liu, Z. R. Trans. Nonferrous Met. Soc. China 2012, 22, 1197. doi: 10.1016/S1003-6326(11)61305-8

    33. [33]

      (33) Zhang, Z. Y.; Yang, D. L.; Liu, Y. H.; Cao, H. B.; Shao, J. X.;Jing, Q. Acta Phys. -Chim. Sin. 2009, 25, 1731. [张子英, 杨德林, 刘云虎, 曹海滨, 邵建新, 井群. 物理化学学报, 2009, 25,1731.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20090819

      (33) Zhang, Z. Y.; Yang, D. L.; Liu, Y. H.; Cao, H. B.; Shao, J. X.;Jing, Q. Acta Phys. -Chim. Sin. 2009, 25, 1731. [张子英, 杨德林, 刘云虎, 曹海滨, 邵建新, 井群. 物理化学学报, 2009, 25,1731.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20090819

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  • 发布日期:  2014-01-23
  • 收稿日期:  2013-09-25
  • 网络出版日期:  2013-12-19
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
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    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

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