Zr-Al-C体系层状陶瓷结构与性质的第一性原理研究

发布时间：2022-07-13 10:36

　　MAX或类MAX相层状材料表现出优异的金属-陶瓷双重特性,作为高温结构材料使用。其中,Zr-Al-C系纳米层状材料陶瓷表现出优异的性能,近年来受到广泛关注。本文以高温热结构材料应用为背景,选择Zr-Al-C体系MAX材料中的211相（Zr2AlC）、312 相（Zr3AlC2）以及类 MAX 相体系（ZrC）nAl3C2（n=2,3,4）和（ZrC）- nAl4C3（n=1,2,3）为研究对象,采用第一性原理平面波赝势方法,研究材料在高压下的结构、弹性和电子性质,并以211相和312相为例,对M2AlC（M=Zr、Ti、Hf）和M3AlC2（M=Zr、Ti）进行对比研究。对于更复杂的（ZrC）nAl3C2（n=2,3,4）和（ZrC）nAl4C3（n=1,2,3）体系,从晶体结构、弹性性质和电子质等方面探寻了其规律性。主要研究结果如下:1.高压下对晶体进行结构优化,得到Zr2AlC、Zr3AlC2、M2AlC（M=Zr、Ti、 Hf）和M3AlC2（M=Zr、Ti）晶格常数以及原胞体积参数,同时计算其弹性性质,结果与实验数据吻合良好。研究发现这些晶体在所研究的压力范围内均可以稳定存在... 

【文章页数】：63 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 MAX相研究背景
    1.2 Zr-Al-C材料研究现状
    1.3 本论文的选题依据、研究目标和研究内容
        1.3.1 选题依据
        1.3.2 研究目标
        1.3.3 研究内容
        1.3.4 技术路线
第二章 计算理论与方法概述
    2.1 计算机模拟
    2.2 第一性原理计算
    2.3 密度泛函理论(DFT)
    2.4 Materials Studio软件简介
    2.5 CASTEP模块介绍
    2.6 弹性性质计算的理论和方法
第三章 Zr-Al-C体系MAX相材料性质研究
    3.1 Zr_2AlC在高压下的结构、弹性和电子性质
        3.1.1 零压条件下的结构性质
        3.1.2 高压下的结构性质
        3.1.3 零压条件下的弹性性质
        3.1.4 高压下的弹性性质
        3.1.5 零压条件下的电子性质
        3.1.6 高压下的的电子性质
    3.2 Zr_3AlC_2在高压下的结构、弹性和电子性质
        3.2.1 零压条件下的结构性质
        3.2.2 高压下的结构性质
        3.2.3 零压条件下的弹性性质
        3.2.4 高压下的弹性性质
        3.2.5 零压条件下的电子性质
        3.2.6 高压下的的电子性质
    3.3 对比分析
    3.4 本章小结
第四章 M-Al-C体系MAX相材料的性质研究
    4.1 M_2AlC(M=Zr、Ti、Hf)在高压下的结构、弹性和电子性质的对比研究
        4.1.1 零压条件下的结构性质
        4.1.2 高压下的结构性质
        4.1.3 零压条件下的弹性性质
        4.1.4 高压下的弹性性质
        4.1.5 高压下的电子性质
    4.2 M_3AlC_2 (M=Zr、Tif)在高压下的结构、弹性和电子性质的对比研究
        4.2.1 零压条件下的结构性质
        4.2.2 高压下的结构性质
        4.2.3 零压条件下的弹性性质
        4.2.4 高压下的结构性质
    4.3 对比分析
    4.4 本章小结
第五章 Zr-Al-C体系类MAX材料的对比研究
    5.1 (ZrC)_nAl_3C_2(n=2,3,4)体系的对比研究
        5.1.1 结构性质
        5.1.2 弹性性质
        5.1.3 电子性质
    5.2 (ZrC)_nAl_4C_3(n=1,2,3)体系的对比研究
        5.2.1 结构性质
        5.2.2 弹性性质
        5.2.3 电子性质
    5.3 对比分析
    5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士期间的研究成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]Ti3AC2（A=Si,Al）结构、弹性和电子性质的第一性原理研究[J]. 李辉,罗至利,刘哲,韩旭旭,余鸿洋,孙浩东,夏晓宇,王世豪.  硅酸盐通报. 2016(08)
[2]高压下Zr2AlC电子结构的第一性原理研究[J]. 罗雰,郭志成,张伟.  材料导报. 2015(20)



本文编号：3659887