Be基超硬材料第一性原理研究.pdf

天津大学
硕士学位论文
Be基超硬材料的第一性原理研究
姓名:王艺
申请学位级别:硕士
专业:材料物理与化学
指导教师:吴萍
20090501
中文摘要超硬材料在工业上有很多应用,比如切割抛光工具,表面涂层等等。这些年来,虽然对于超硬材料方面有很多实验和理论上的研究,但是金刚石仍然是所有材料中硬度最大的。具有很大的价电子密度,与其他轻元素之间形成的化合物应该可以表现出超硬,但是由于有毒,且在合成化合物的过程中可能会用到高压设备,在研究中一直被忽略。第一性原理在材料计算这个领域已经取得了很大的进展,目前大型高速电子计算机的应用,使得此理论研究的优越性越来越突出,是的模块之一,它利用密度泛函理论平面波赝势的第一性原理方法来研究材料的性质。本文主要利用模块对,,珺这四种结构进行计算研究,分析了它们的电子性质和机械性质,并选出其中机械性能最好的醋鲅沽ο碌奈镄苑治觯饕5玫降慕峁校一、在四种化合物中,除了存在金属键的,其它三种结构都为离子键和共价键共存的价键形式。因为弹性性质和硬度与电子结构有很大的关系,所以共价键最强的寤A和硬度最大。二、对庵纸峁棺髁搜沽ο碌奈镄苑治龇⑾郑饧友骨炕崾拐鼋构体积下降、总能量升高、电子出现强的非局域性和发生更多的价键重叠和轨道杂化现象。利用弹性模量推导热力学量得到:在未加载外压的情况下,德拜温度值为诩釉赝庋沟那榭鱿拢掳菸露却笮∷嫜骨康脑黾佣龃蟆关键词:超硬材料、、第一性原理计算、电子性质、机械性质、德拜温度
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翩虢凉学位敝储繇现签字日期:立。哆年厂月廴王匀矽年拢萑签字日期:沈,尸年‘耭学位论文版权使用授权书独创性声明写过的研究成果,也不包含为获得丞洼太堂或其他教育机构的学位或证书而本学位论文作者完全了解丞洼太堂有关保留、使用学位论文的规定。特授权云洼太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,并本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果,除了文中特别加以标注和致谢之处外,论文中不包含其他人已经发表或撰使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了签字日期:采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。一C艿难宦畚脑诮饷芎笫视帽臼谌ㄋ得明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名:
‘··。’所谓“超硬”⒄寡馗第一章前言●超硬材料在现代科学和工程技术领域一直发挥着巨大作用。寻求硬度可以与◆●电子都参与了成键,没有自由电子,狢键很强且键长报短,这样的结构和电子分布决定了金刚石具有很多良好的特性,例如硬度大、熔点高、绝缘性好等等。金刚石相当或者超过金刚石的新型超硬材料已经成为理论和宴验研究的焦点问题【¨笥。日前超硬材料主要分为两个体系:一、轻元素体系形成的超硬材科,如金舸琧等:二、过渡金属元素与轻元素之间化合具有菸价键存在的超硬材料,如。砉山鹗粼K兀鏣琧。这些材料有单晶、多晶、非晶等多种娄型,。天然的金刚石是世界上是硬的物赝,其性能无与伦比,。金刚石是由碳在高温高压下形成的亚稳相州。在金刚石晶体中,。】昝拦鶪静稍耲高温高压的方法首次获得人造金刚石之后,引起了全世界的关注,尤其是对缺乏天然金刚石矿藏的国家具有巨大的图鸶帐滴镉肫犯窠峁
阩。转吩臀铲鬈~‘√叮,≯.Ⅳ吸引力。但是金刚右在高温杏τ萌毕荩梢院蛍、、¨、、、、、、榷嘀纸鹗舴⑸从Γ菀追⑸ɑ年以高温高压的方法合成了高硬度的立方氮化硼,它属于阎锌矿结构,与金刚石县有相似的晶体结构和品格常数,都是由两个面心立方沿着立方对称晶胞的对角线错开俺ざ惹短锥傻母词骄Ц瘛2煌氖牵毫⒎诫椿硼由两种原子以杂化成键,金刚石为踊杉築键有别于瓹键这种典型的共价键,带有一定的离子性。这些区别使得的热稳定性更好。在真空中对狟尤戎钡娌欧⑸蛄堑;鸬南啾金刚石向石墨的开始转变温度为.℃⑶,高温下也不易反应。针对氮化硼的物理性质,有不少实验【和理论⋯上的研究。年,紫壤谩衡相图介绍了这个亚稳的高温高压相,之后数据陆续被补充完全【啊5瞧裎V单晶通常都是用高温高压法ッ浇岷椭苯幼1浞合成,条件要求很苛刻,合成成本很高。第章前言●●●●●●●圈被鹧缥镉肫犯窠峁图结构模犁
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