AlMnSi和AlMgZn等體系熱力學(xué)性質(zhì)的第一原理計(jì)算.pdf

1、Al合金具有很多優(yōu)良的性質(zhì)，質(zhì)輕、高強(qiáng)、可塑性高、良好的導(dǎo)熱導(dǎo)電、耐腐蝕等。因此被廣泛的應(yīng)用于國(guó)防、軍工航天以及民用輕工行業(yè)。AlMnSi合金的應(yīng)用涉及到制造Mn基永磁體材料以及超硬鋁合金材料。AlMgZn系合金化合物也具有散熱性好、抗壓性強(qiáng)等的優(yōu)點(diǎn)。Al2Cu基形狀記憶合金具有成本低、記憶溫度范圍寬的優(yōu)點(diǎn)。這些都是科學(xué)研究的重要領(lǐng)域。本文將用基于密度泛函理論的第一原理方法對(duì)這三個(gè)體系進(jìn)行系統(tǒng)中的金屬間化合物進(jìn)行研究。
　　 首

2、先對(duì)AlMnSi系統(tǒng)，運(yùn)用GGA-PW91方法計(jì)算了其晶格常數(shù)、體積模量、以及體積模量對(duì)壓強(qiáng)的一階導(dǎo)數(shù)。這些計(jì)算結(jié)果與其他的實(shí)驗(yàn)值或他人的計(jì)算值相符合。通過(guò)比較可知Al8Mn8Si8與Al10Mn8Si6是最為穩(wěn)定的兩個(gè)化合物。其結(jié)構(gòu)同為正交結(jié)構(gòu)。其次，較為穩(wěn)定的是Al18Mn6Si2和Al24Mn24Si32，這兩種化合物的結(jié)構(gòu)同為六角結(jié)構(gòu)。剩余的幾種化合物的形成焓都比較大，其它幾種都為四方結(jié)構(gòu)。經(jīng)過(guò)比較分析，在本體系中，化合物的穩(wěn)定

3、性與各元素所占比重多少無(wú)明顯關(guān)系，而與化合物的結(jié)構(gòu)關(guān)系明顯。正交結(jié)構(gòu)的相最穩(wěn)定，其次是六角結(jié)構(gòu)，最后為四方和立方結(jié)構(gòu)。通過(guò)對(duì)化合物體彈性模量的分析也可以得到同樣的結(jié)論。采用準(zhǔn)簡(jiǎn)諧近似計(jì)算了吉布斯自由能、體彈性模量、熱膨脹系數(shù)、定容比熱、格林奈森常數(shù)、德拜溫度隨著溫度和壓強(qiáng)變化的規(guī)律。
　　 其次，對(duì)于AlMgZn系統(tǒng)，計(jì)算了體系中各種穩(wěn)態(tài)和亞穩(wěn)態(tài)的晶格常數(shù)。給出了能量隨體積變化的關(guān)系。通過(guò)擬合得到了體彈性模量以及其對(duì)壓強(qiáng)的一階導(dǎo)

4、數(shù)。計(jì)算了不同溫度和壓強(qiáng)下的吉布斯自由能、體彈性模量、熱膨脹系數(shù)、格林奈森常數(shù)、德拜溫度等物理性質(zhì)。得到了體積模量隨溫度和壓強(qiáng)的變化的關(guān)系。在同一壓強(qiáng)下，體積模量隨著溫度的增加而減少。在同一溫度下，體積模量隨著壓強(qiáng)的增加而增加。通過(guò)比較各種化合物的熱膨脹系數(shù)隨溫度變化的關(guān)系，Al3Mg8Zn8和Al5Mg8Zn6的熱膨脹系數(shù)最高，Al42Mg26Zn12和Al38Mg32Zn10的膨脹系數(shù)最低。等容熱容量在低溫區(qū)符合德拜T3律，在高溫區(qū)