Mg2X（X=Si,Ge,Sn）二元合金性能第一性原理研究

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1、图书分类号TG146.2+2密级非密注1UDC硕士学位论文Mg2X(X=Si，Ge，Sn)二元合金性能第一性原理研究张乐婷指导教师（姓名、职称）侯华教授申请学位级别工学硕士专业名称材料科学与工程论文提交日期2018年4月29日论文答辩日期2018年5月28日学位授予日期年月日论文评阅人张敏刚教授赵宇宏教授答辩委员会主席霍文娟教授2018年5月28日注1:注明《国际十进分类法UDC》的分类中北大学学位论文Mg2X(X=Si，Ge，Sn)二元合金性能第一性原理研究摘要镁合金具有“二十一世纪绿色工程材料”之称，在实用金属材料中属于

2、最轻的材料，具有密度低(1.8g/cm3)，散热性好，高强度，高刚度，屏蔽性好，消震性好，回收利用率高等优点。被广泛应用在运输领域、3C产品领域（通讯、计算机和消费类电子产品）、航空航天领域等。Mg2X(X=Si,Ge,Sn)合金是一种很具有发展潜力材料，在金属间化合物中是一种常见的类型，资源丰富，其晶体结构属于CaF2(面心立方)。Mg2X(X=Si,Ge,Sn)金属间化合物具有耐高温、高熔点、低热导率、高硬度、高电导率、耐腐蚀等优点，在电子零件，能量元件等领域具有重要的应用前景。本文采用基于密度泛函理论的第一性原理方法，

3、以化合物Mg-Si，Mg-Ge，Mg-Sn合金为研究对象，结合MaterialsStudio8.0软件中CASTEP模块，计算了与其相关的结构参数、力学性能、热力学性质、电子性能及压力作用对其影响情况。在0GPa下计算了Mg2X(X=Si,Ge,Sn)金属化合物的结构参数、力学性能与电子性能，计算结果与实验研究及其它理论结果比较吻合，说明计算方法真实可靠。研究结果表明：三者形成热均为负数，表明三者均能够形成稳定的化合物。Mg2Ge晶体更容易形成，合金化能力较强，Mg2Si合金结构最稳定。Mg2X(X=Si,Ge,Sn)合金均

4、属于脆性材料，且均具有金属性质，他们之间的抵抗变形能力、抗剪切应变能力和刚度大小排列均为：Mg2Si>Mg2Ge>Mg2Sn；三种合金的共价键强弱排列为：Mg2Si

5、量均随压力的增大而增大。等容热容Cv、等压热容Cp，均随压力的增大而降低，Mg2Ge的热容值高于Mg2Si。对Mg2X(X=Si,Ge)合金进行了合金化处理，掺杂合金元素Bi之后，形成能力有所下降，合金元素Bi掺杂Mg2X(X=Si,Ge)相容易取代X原子位置。结构稳定性排列为：Mg7X4Bi>Mg8X4>Mg8X4Bi>Mg8X3Bi。Mg8X3Bi合金虽然最容易形成，但是结构最不稳中北大学学位论文定。合金元素Bi的掺杂使Mg2X(X=Si,Ge)合金由脆性材料转换为延性材料，塑性增强，刚度降低，Mg7Ge4Bi的塑性强于

6、Mg7Si4Bi合金。同时抗变形能力与抗塑性变形能力均降低。费米面向高能级区域跃迁，使得费米能级所对应的电子态密度增大，掺杂使Mg2X(X=Si,Ge)合金的导电性能增强，Mg7Si4Bi的导电性能强于Mg7Ge4Bi。研究Mg16X8(X=Si,Ge)晶胞含有点缺陷时性能情况，缺陷的存在致使晶胞晶格原子出现不规则排列，晶胞体积膨胀，晶格常数变大。在同一位置，空位缺陷比反位缺陷更容易形成。缺陷在Mg位置比在X(X=Si,Ge)位置结构更加稳定。同时缺陷会降低材料的抵抗变形能力、抗剪切应变能力及刚度。当同一位置产生反位缺陷时，

7、晶胞的抗剪切应变能力和刚度较强，塑性和延性较弱。Mg16Ge8晶胞中，在Mg位置产生缺陷时，晶体抗体积变形能力、抗剪切应变能力及刚度更强，塑性及延性较弱。关键词：第一性原理，Mg2X(X=Si,Ge,Sn)合金，压力，力学性能，电子性能中北大学学位论文ThepropertiesofMg2X(X=Si,Ge,Sn)phasesbyfirst-principlescalculationsAbstractMagnesiumalloyisthelightestmetalmaterialatpresent,withtheadvanta

8、gesoflowdensity(1.8g/cm3),goodheatdissipation,highstrengthandstiffness,goodelectromagneticshieldingeffect,goodshockabsorption,highrecyclingeffici