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1、第52卷第20期机械工程学报Vol.52No.202016年10月JOURNALOFMECHANICALENGINEERINGOct.2016DOI：10.3901/JME.2016.20.023*过渡金属作用下的金刚石石墨化机理研究111211郭晓光刘涛翟昌恒苑泽伟金洙吉郭东明(1.大连理工大学精密与特种加工教育部重点实验室大连116023；2.沈阳工业大学机械工程学院沈阳110870)摘要：从电子和原子角度解释了过渡金属对金刚石石墨化催化作用的机理，即过渡金属具有空d轨道，并且在某一面上与金刚石(111)面原子符合对准原则。为了验证此结论，基于第一性原理建立铬、铁、钴、钛
2、、铂、铝、铜原子与金刚石原子的作用模型，进行仿真计算，得到不同过渡金属对金刚石石墨化的影响规律。仿真结果表明：Cr、Fe、Co、Ti、Pt作用下的金刚石结构出现不同程度的石墨化现象，而Al、Cu作用下的金刚石无石墨化现象。不同金属作用下金刚石原子结构的平面度由小到大依次为铁、铬、钴、钛、铂、铝、铜；碳原子间方差由小到大依次为铁、铬、钴、铂、钛、铝、铜；系统能量变化由大到小的顺序依次为铁、铬、钴、铂、钛。通过比较，铁、铬、钴原子对金刚石石墨化具有明显的催化作用，铂、钛原子有一定的催化作用，而铝、铜原子则无催化作用。当金属具有空d轨道且与金刚石在一定面上符合对准原则，未配对电子越
3、多，金属对金刚石石墨化的催化作用越强；反之，当金属价电子层无d轨道或d轨道电子是充满状态时，金属对金刚石石墨化无催化作用。该研究为利用金刚石石墨化机理刃磨金刚石刀具提供了理论基础。关键词：金刚石石墨化；第一性原理；未配对电子；对准原则中图分类号：TG111StudyontheMechanismofDiamondGraphitewiththeActionofTransitionMetals1112GUOXiaoguangLIUTaoZHAIChanghengYUANZewei11JINZhujiGUODongming(1.SchoolofMechanicalEngineerin
4、g,DalianUniversityofTechnology,Dalian116023;2.SchoolofMechanicalEngineering,ShenyangUniversityofTechnology,Shenyang110870)Abstract：Mechanismofcatalyticactionoftransitionmetalsonthediamondgraphiteisexplainedfromtheperspectiveoftheelectronicandatomic.Thatis,transitionmetalshaveemptydorbitalsa
5、ndsomeplanemeetsthealignedprinciplewiththe(111)planeofdiamondstructure.Inordertoverifytheconclusion,modelsofchromium,iron,cobalt,titanium,platinum,aluminum,copperatomsanddiamondstructureareestablishedbasedonthefirstprinciple.Bysimulationcalculation,regularitiesofdiamondgraphitizationwiththe
6、actionofdifferentatomsaregained.ThesimulationresultsshowthatwiththeactionofCr,Fe,Co,TiandPtatoms,phenomenonofgraphiteappearsindiamondstructureinvaryingdegrees.AlandCuatomshavenoeffectondiamondgraphite.Planedegreeofthediamondstructurewiththeactionofmetalsascendsfollowedbyiron,chromium,cobalt
7、,titanium,platinum,aluminum,copper.Thevarianceofthedistancebetweeninterphasecarbonatomsascendsfollowedbyiron,chromium,cobalt,platinum,titanium,aluminum,copper.Changesofthesystemenergyoftheoptimizedsystemdescendfollowedbyiron,chromium,cobalt,platinum,tita
