铌基异质核心与铝熔体微观尺度的界面结构研究

发布时间：2021-07-29 11:30

　　二硼化铌（NbB₂）作为过渡金属硼化物因为具有高熔点、低密度,高导电性等物理特性而获得了广泛关注。而另一种Nb基金属间化合物三铝化铌（Al₃Nb）同样因为具有密度低、高温稳定性好、强度高和抗氧化性,在高温材料领域广受青睐。然而这两种常见铌基合金所共有的低密度、高熔点以及与α-Al晶格匹配好的物理特性,使其成为α-Al有效的异质核心。金属熔体凝固过程中,异质核心（NbB₂、Al₃Nb）与初生α-Al界面间微结构对细化晶粒有直接影响,研究其界面对于理解异质形核过程和有针对性的改善晶粒细化效果有着理论和现实意义。受到实验条件制约,对界面微观结构研究通过实验的方法很难实现。因此,本文采用第一性原理从微观尺度对界面结合性能和电子特性进行研究。主要研究内容如下:（1）以非化学计量比NbB_2-x、Nb_1-xB₂和Al_3-xNb和Al₃Nb_1-x体相为研究对象,通过模拟计算揭示了空位类... 

【文章来源】：中北大学山西省

【文章页数】：144 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 绪论
    1.1 引言
    1.2 铌基异质核心细化铝熔体晶粒潜力的研究
    1.3 异质形核界面理论
        1.3.1 晶格错配度理论
        1.3.2 界面热力学量分析
    1.4 基体相与异质核心相界面的微观研究
        1.4.1 分子动力学模拟(Molecular Dynamics)
        1.4.2 第一性原理计算(First-Principles calculations)
    1.5 研究意义和目的
    1.6 研究内容
2 非化学计量比NbB_2和Al_3Nb体相性质研究
    2.0 背景
    2.1 硼缺陷建模和参数细节
    2.2 结果与讨论
        2.2.1 NbB_(2-x)和Nb_(1-x)B_2相的稳定性
        2.2.2 Al_3Nb_(1-x)(和Al_(3-x)Nb相的稳定性
        2.2.3 NbB_(2-x)和Nb_(1-x)B_2的晶体结构
        2.2.4 Al_(3-x)Nb和Al_3Nb_(1-x)的晶体结构
    2.3 本章小结
3 NbB_2(0001)及Al_3Nb(0001)表面电子结构与特性
    3.1 引言
    3.2 Al(0001)、Al(111)表面收敛性和稳定性分析
    3.3 NbB_2 (0001)和Al_3Nb(0001)表面
        3.3.1 NbB_2 (0001)表面收敛性、表面能和电子结构
        3.3.2 Al_3Nb(0001)面的收敛、表面能和电子结构
    3.4 点空位对表面结构和和性能的影响
    3.5 合金元素掺杂对表面结构和和性能的影响
        3.5.1 Fe掺杂位置以及对表面能的影响
        3.5.2 Mg掺杂位置以及对表面能的影响
        3.5.3 Ti掺杂位置以及对表面能的影响
        3.5.4 Si掺杂位置以及对表面能的影响
    3.6 本章小结
4 本征NbB2/金属界面电子结构与特性
    4.1 第一性原理计算计算分析铸造界面特性的可行性和精确性
    4.2 Al(111)/NbB_2 (0001)界面建模细节
        4.2.1 A1(111)/NbB_2 (0001)界面初始间距(UBER)
        4.2.2 Al(111)/NbB_2 (0001)界面弛豫优化
        4.2.3 A1(111)/ NbB_2 (0001)界面能
        4.2.4 Al(111)/NbB_2 (0001)电子结构和键特性
    4.3 Al(001)和Al_3Nb (0001)
        4.3.1 Al(001)/Al_3Nb (0001)界面初始间距
        4.3.2 Al(001)/Al_3Nb (0001)界面弛豫优化
        4.3.3 Al(001)/Al_3Nb (0001)电子结构和键特性
    4.4 本章小结
5 点位缺陷对NbB_2/金属界面性能的影响
    5.1 点空位缺陷对Al(111)/ NbB_2(0001)界面性能影响
        5.1.1 Al(111)/NbB_2(0001)界面空位模型和形成能
        5.1.2 空位对Al/NbB_2-BT-HCP界面电子结构的影响
        5.1.3 Al(001)/Al_3Nb(0001)界面空位模型和形成能
        5.1.4 空位对Al/Al_3Nb-AlNbT-HCP-V_(Nb)界面电子结构的影响
    5.2 本章小结
6 合金元素对Al/NbB_2和Al/Al_3Nb界面性能的影响
    6.1 引言
    6.2 Fe掺杂对界面特性的影响
        6.2.1 Fe原子掺杂位置的确定
        6.2.2 Fe原子掺杂对界面电子结构的影响
    6.3 Mg掺杂对界面特性的影响
        6.3.1 Mg原子掺杂位置的确定
        6.3.2 Mg原子掺杂对界面电子结构的影响
    6.4 Ti掺杂对界面特性的影响
        6.4.1 Ti原子掺杂位置的确定
        6.4.2 Ti原子掺杂对界面电子结构的影响
    6.5 Si掺杂对界面特性的影响
        6.5.1 Si原子掺杂位置的确定
        6.5.2 Si原子掺杂对界面电子结构的影响
    6.6 本章小结
7 结论和展望
    7.1 结论
    7.2 本课题的主要创新点
    7.3 展望
参考文献
攻读博士学位期间已发表的论文和参与项目
致谢


【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3309242