Al代位合金化对D88-Ti5Si3力学性能与电子结构影响的第一性原理研究.pdf

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1、物理化学学~(WuliHuaxueXuebao1FebruaryActa．一Chim．Sin．2015，31(2)，253—260253[Article]doi：10．3866／PKU．WHXB201412242、^l，、^，．whxb．pku．edu．cnAI代位合金化对D88．Ti5Si3力学性能与电子结构影响的第一性原理研究黄豪杰徐江(南京航空航天大学材料科学与技术学院，南京210016)摘要：采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理赝势平面波方法，计算了不同数量的Al原子代位六方D8。结构的TiSi。晶体中的Sj原子后的形成能(△H)、结合能(△E)、体模量(B

2、)、剪切模量(G)、泊松比()、Cauchy压力参数(C一C6e，Cs—C4)、金属性()和派-纳力(rP．)等参数，表征了Al合金化对D8。．TiSi。的结构稳定性和力学性质的影响．结合态密度、差分电荷密度图和Mulliken布居等电子结构分析，揭示了Al原子的添加量对D8。．TIsS_3的韧，脆性变化的影响机制．研究表明，D8。．TiSi。晶体中强的Ti6g-Si。g方向共价键是导致其室温脆性的主要原因．当1个和2个Al原子占据D8。．TiSi。晶体中SP位置时，形成了键强较弱的Al。a—Si。g键、Tia—Al的键和Ti一AI6g键，同时降低了D8TiSi。中Ti。

3、。一Si。键的强度和数量，从而提高了D8Ti5Si的韧性．当D8旷TiSi。晶体中Si位置被3个Al原子所占时，AI。g-Si。。键消失，而Ti。g-Si。a键的强度增加，导致Ti(Si，一的脆性增加．关键词：第一性原理：钛硅化合物：化学键：韧／脆性：电子结构中图分类号：O641First-PrinciplesStudyintotheEffectofSubstitutionalAIAlloyingontheMechanicalPropertiesandElectronicStructureofD88一Ti5Si3HUANGHao—JieXUJiang’(SchoolofM

4、aterialsScienceandTechnology,NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Nanjing210016,R．China1Abstract：TheinfluenceofthesubstitutionofAlforSionthestructuraIstabilityandmechanicalpropertiesofD88—3sSi3wasdeterminedusingfirst-principlespseudopotentialplane-wavemethodsbasedondensityfunctio

5、naItheory．Severalparametersincludingformationenthalpies((△，cohesiveenergies(△h)。bulkmodulus(B)，shearmodulus(G)，PoissonSratio(，Cauchy'spressure(C12-C66，C13-c44)，metallicity()，andPeierlsstress(Tp．N)werecalculated．TodevelopabetterunderstandingoftheefectsofsubstitutionalAlalloyingonthetoughne

6、ss／brittlenessofD88-115Si3fr0manelectronicstructurepointofviewthedensityofstates，chargedensitydiferencesandMullikenpopulationweredetermined．TheresultsshowthattheintrinsicbritlenessofD88-TisSi3comesfr0mstrongcovalentbondingbetween"13叼andS．Whenoneortwo11atomsoccupySisitesintheD88-115Si3crys

7、taltheintensityofcovalentbondingbetweenTiandSiSreducedandthemetallicityincreases．ThisiSaccompaniedbythepresenceofIOWintensityA—S。116g—AandTi一AI6gbonds．However,whenthreeTiatomsoccupySisitesintheD88．Ti5Si3crystaltheAI。g—Si。0bondsdisappearandtheintensityofcovalentbondi