过渡金属硼化物的超硬机制与微观设计

《过渡金属硼化物的超硬机制与微观设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、学校代码：10264研究生学号：M150650742上海海洋大学硕士学位论文题目：过渡金属硼化物的超硬机制与微观设计SuperhardMechanismandMicroscopic英文题目：DesignofTransitionMetalBorides.专业：机械工程研究方向：超硬材料姓名：高振帮指导教师：梁拥成二O一八年五月三十日上海海洋大学学位论文原创性声明本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品

2、及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日上海海洋大学学位论文版权使用授权书学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权上海海洋大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本版权书。本学位论文属于不保密□学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日上海海洋大学硕士学位论文答

3、辩委员会成员名单姓名工作单位职称备注董达善上海海事大学教授主席李雷上海电机学院教授委员刘龙上海海事大学副教授委员委员委员委员委员赵煜上海海洋大学讲师秘书答辩地点3109答辩日期2018.05.24上海海洋大学硕士学位论文过渡金属硼化物的超硬机制与微观设计摘要超硬材料具有的硬度高、耐磨、耐高温高压及耐腐蚀等综合物化性能，在特种设备、光伏产业、机电设备、石油化工行业应用广泛。新型超硬材料设计近年来发展迅速,其克服传统超硬材料固有的局限性(金刚石高温高速加工不稳定、cBN合成条件极端等)日益重要。过渡金属硼化物(TMBs)的超硬机制与微观设计为是新型过超硬材料的

4、一种合成超硬材料的重要研究领域。新超硬材料的研究聚焦在具有较强性质的固体化合物。目前超硬材料的设计准则主要有高体模量、高电子浓度、强共价键、热力学稳定性等。其中价电子浓度(VEC)和强共价键是TMBs设计超硬材料的关键因素。目前主要的研究方法是以过渡金属与硼形成化合物，结合实验合成的相，并利用第一性原理计算所选相的结构性质等(从头计算的方法)，揭示新型超硬材料的设计机制起源与力学特性。传统认为硼化物的硬度与VEC成正相关，即随着硼B的含量增加、硼化物的体积模量(B)、剪切模量(G)、杨氏模量(E)及维氏硬度(Hv)应逐渐增长。近期，实验室合成的W0.5Ta

5、0.5B硬度测试高达42Gpa,超过其父系WB。我们研究发现过渡金属单硼化物(TMB)的硬度随着VEC值的升高出现折点(VEC处于某一值是达到最大，增大或减少VEC硼化物的硬度都会减少)，这种反常的力学行为现象，这与以往提出的VEC与硬度的正相关性有所差异。选取3d、4d、5d周期的(Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、W)九种过渡金属的硼化物(TM1-xBx)作为研究对象。以TMB结构特性、力学特性及超硬机制作为主要的研究，低硼化物存在非预期的高硬度性，相反，其高硼化物呈现一种反常的硬度减少现象。第一结构特性分析：主要研究空间群为CmCm的，金

6、属坐标和B都是占据Wyckoff4c位置的晶格结构特性，发现其具有双金属原子层和Zigzag硼链的结构特性。第二力学特性分析：TMB结构稳定相计算，表明这些相的形成能都是负值，具有高热力学稳定相。研究其弹性模量、体积模量、剪切模量、杨氏模量泊松比、硬度与价电子浓度的关系。第三超硬机制与电子结构起源：分析WB、VB等相的态密度图(DOS)、能带结构，分析金属及硼元素的电子s、p、d结合状态(dd,pd键)，分析dd键和pd键对硬度机制的影响。这种非常规的现象源自于独特的硼原子间的成键机制。更进一步的研究表明，单硼化物具有密切的组成，相似的结构和能量下降。发现

7、一种原子级和纳米机制的强化硬度机制，即通过鉴别较高的热力学稳定相以及强化弱的滑移平面。大量的相异硼原子之间的I上海海洋大学硕士学位论文界面，这很容易合成一种多相材料，并且这些界面的纳米级互锁形成的强力阻止双金属原子层的滑移错位，因此极大的提高本征硬度和达到真实超硬材料。在研究TMB的反常力学行为和超硬机制起源后，选择低硼化物的V-B、Ta-B、Nb-B分析低硼化物，研究结构特性、力学特性、超硬机制起源。研究表明，它们的化学成分是相邻的，它们的晶体结构是相似的。此外，常见的结构特征是双金属原子层的存在，限制了其硬度的提高。为了进一步提高整体的硬度，在较大载荷

8、下的相对较弱的两层的滑动位错必须受到限制。V-B(VB,V5B6,