空位对Hf-Ta-C体系的结构、力学性质及电子性质影响的第一性原理研究

本研究理论预测了三元Hf-Ta-C空位有序结构以及空位对力学性质的影响。采用第一性原理进化晶体结构预测软件USPEX,预测得到了5种热力学稳定和3种亚稳的(Hf,Ta)C_(1-x)空位有序结构,这些结构都属于岩盐结构。采用第一性原理方法,计算了(Hf,Ta)C_(1-x)空位有序结构的力学性质,并分析了力学性质随空位浓度的变化。(Hf,Ta)C_(1-x)都具有较高的体模量、剪切模量、杨氏模量和维氏硬度;各(Hf,Ta)C_(1-x)的Hf/Ta比相同时,其模量、硬度等随空位浓度增大而减小。最后,计算了(Hf,Ta)C_(1-x)的电子态密度,发现其均具有强共价性和弱金属性。本研究结果对于了解Hf-Ta-C体系的空位结构及其力学性质和应用,具有重要参考价值。

三元Hf-C-N体系的空位有序结构及其力学性质和电子性质的第一性原理研究

采用第一性原理方法,研究了三元Hf-C-N体系的空位有序结构及其力学性质和电子性质.首先采用第一性原理和进化算法,预测得到8种可能存在的热力学稳定的Hf-C-N空位有序结构;这些结构都具有岩盐结构,与实验发现的无序固溶体的结构类型一致.本文的预测结果证明了Hf-C-N空位化合物能够以有序结构形式存在,空位与C,N原子都位于[Hf6]八面体间隙,这一结构特点与Hf C_x的相同.然后采用第一性原理方法,计算了Hf-C-N空位有序结构的力学性质,发现除C∶N=1∶4外,相同C/N下,随着空位浓度的增大,Hf-C-N的体模量、剪切模量、弹性模量、Pugh比、维氏硬度等降低;而Hf6CN4(空位浓度为1/6)的维氏硬度高于Hf_5CN_4(无空位),表现出空位硬化现象.最后,计算了Hf-C-N空位有序结构的态密度和晶体轨道哈密顿分布,发现其具有强共价性和金属性;且随着空位浓度增大,总体键强减弱,因而模量减小.

Hf-Ta-C-N四元化合物的结构、力学及电子性质的第一性原理研究

基于进化算法和第一性原理计算,预测四元化合物Hf_(x)Ta_(8-x)C_(7)N(x=1~7)的晶体结构。与二元HfC和TaC的晶体结构相似,这些四元Hf_(x)Ta_(8-x)C_(7)N晶体结构属于岩盐结构。计算结果表明:随着有效价电子浓度(VEC)的增大,Hf_(x)Ta_(8-x)C_(7)N的体模量逐渐增大;当VEC等于8.875时,剪切模量和杨氏模量达到最大值;维氏硬度在VEC等于8.25时达到最大值。因此,可以通过VEC的设计,得到具有综合力学性质优异的四元Hf_(x)Ta_(8-x)C_(7)N化合物。计算Hf_(x)Ta_(8-x)C_(7)N的电子性质,并分析力学性质与电子性质之间的关系。