Ti-Al-C三元层状陶瓷结构、弹性和电子性质的第一性原理研究

发布时间：2025-01-18 13:43

　　MAX相材料兼具金属材料和陶瓷材料的双重性能,比如类似金属材料的良好的导电以及导热性能、机械加工性能,类似陶瓷材料的高模量、耐腐蚀、优良的抗高温氧化性,同时具有低密度、良好的抗热震性、抗损伤容限性等。这一系列优异的性能,使MAX相材料可以作为结构材料或涂层材料用于高温或高压等极端环境,包括燃气涡轮发动机喷嘴阀、超音速飞行器机翼前沿、高温热交换器等领域,因此引起了研究者的广泛关注。本文以高温热结构材料应用为背景,主要以Ti-Al-C体系三元层状陶瓷中Ti₂AlC、Ti₃AlC₂和Ti₅Al₂C₃为研究对象,采用第一性原理的方法,对上述材料的结构、弹性和电子性质进行了研究,并考察了高压对其结构与性质的影响。结果表明:（1）在0-100 GPa的压力范围内对晶体结构进行优化,得到其晶格常数以及原胞体积。同时计算其弹性性质,发现这些数值随压力的增大而增大,并与实验数据吻合良好。（2）通过电子态密度、布局分析以及差分电荷密度分析了其电子性质和化学键特性,结果表明Ti-...

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【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1.2 Ti-Al-C三元相图

在MAX相中,当M=Ti、A=Al、X=C时,该MAX相即为Ti-Al-C材料体系。Ti-Al-C材料体系包括二元陶瓷[17]Ti-Al(Ti3Al、TiAl、TiAl2、Ti5Al11、Ti2Al5、TiAl3)、Al-C(Al3C4、Al4C3[18])Ti-C(Ti3C、T....

图1.3 Ti-Al-C晶体结构:(a)Ti2AlC(b)Ti3AlC2(c)Ti5Al2C3

在2012年,Lane等人[35]发表了他们对于MAX相的新发现,即通过Ti2AlC拓扑转化生成一种新的类MAX相Ti5Al2C3。在此文章中,他们将细度为325目的Ti2AlC粉末在退火冷压条件下,在1500℃氩气氛围中中加热8小时,所得部分烧结样品中质量分数为43(±2)t%....

图1.4技术路线图

基于以上分析,提出本文的技术路线,如图1.4所示。本文采用计算机模拟的方法来构建计算相关性质,所用的计算机软件是MaterialsStudio7.0中的CASTEP模块,用到的方法是第一性原理方法。本章主要有两个方面的内容,首先简要介绍一下计算材料学以及第一性原理,其次是对计....

图3.1 Ti2AC晶体结构:(a)Ti2Al C(b)Ti2Si C

Ti2AlC与Ti2SiC均属于六方结构,其空间群为P63/mmc(No.194),每一个晶胞中含有2个分子,其中Ti原子占据4f(1/3,1/3,z)Wyckoff位置(z为结构参数),A(A=Al,Si)原子处于2d(1/3,2/3,3/4)位置,C原子处于2a(0,0,....

本文编号：4028689