Fe-,x-Al-,y-系列金屬陶瓷的量子化學計算.pdf

1、金屬和陶瓷是兩種非常重要的材料。但單一材料的性能已不能滿足人們對材料性能的需求。多種材料復合是目前材料科學研究的主要方向之一，金屬陶瓷因其既保持有陶瓷的高強度、高硬度、耐磨損、耐高溫、抗氧化和化學穩(wěn)定性等特性，又有較好的金屬韌性和可塑性而日益受到重視。 對固體的微觀電子結構進行研究，我們可以認識固體各種物理性質的本質。固體由大量的原子組成，每個原子又由原子核和電子組成，原則上說，如果能夠寫出這個多體問題的Schrodinger方

2、程，并且求出該方程的解，就可以了解固體的許多物理性質。但困難在于嚴格求解該方程過于復雜。因此，必須采用一些近似和簡化。通過絕熱近似將原子核的運動與電子的運動分開；通過Hartree-Fock方法將多電子問題簡化為單電子問題。但是Hattree-Fock方法沒有考慮電子的關聯相互作用，而密度泛函理論對此處理的更嚴格、更精確，而且能給出電子交換-關聯能泛函的具體表達形式。在實際求解過程中通常選取一定形式的基函數組來展開單電子波函數，求解展開

3、系數可得到固體單電子Schrodinger方程的解。 本文用離散變分密度泛函(DFT-DVM)方法計算了TiC，Al<,2>O<,3>，Fe<,x>Al<,y>，TiC/Fe<,x>Al<,y>和Al<,2>O<,3>/Fe<,x>Al<,y>，討論了組成，電子結構，化學鍵等與性能之間的關系。在TiC態(tài)密度圖中，Ti 3d主要貢獻導帶。C 2p在價帶中的高峰較多，但是在導帶中的峰較為密集。在Al<,2>O<,3>中，價帶主要由O

4、 2p貢獻，而導帶則主要由Al3p貢獻。在Fe<,x>Al<,y>，中，Fe 3d的貢獻集中在費米能級附近-4到2eV范圍內，而Al3p在Fe<,3>Al中的最高峰在價帶，在FeAl中的最高峰在導帶。 從TiC，FeAl和Fe<,3>Al單相，到TiC/FeAl和TiC/Fe<,3>Al復合體系，離子鍵強度逐漸減弱，而共價鍵強度逐漸增強。TiC/Fe<,3>Al復合體系共價鍵比TiC/FeAl強。這與TiC/FeAl系列樣品中，

5、隨鋁含量逐漸減少，即FeAl含量逐漸減少，Fe<,3>Al逐漸增多，抗彎強度等增加的實驗結果一致。 另外，本文還用離散變分密度泛函(DFT-DVM)方法計算了在TiC/Fe<,x>Al<,y>，系列中摻雜M原子(M=Mo和Ni)，討論了組成，電子結構，化學鍵等與性能之間的關系。與單相比較，TiC摻雜復合體系中所有原子電荷絕對值都有所降低，TiC摻Ni后Ti-C共價鍵減弱，但是摻Mo后Ti-C共價鍵增強，摻Mo和Ni體系化學鍵的變