过渡元素改善B_4C/Al材料界面润湿性的机理研究（英文）

B_4C/Al复合材料是目前最理想的中子吸收材料,但工业上常用的液态搅拌法制备过程中存在着界面润湿性差的问题。结合实验及第一性原理的方法,通过研究Al(111)/AlB_2(0001)和Al(111)/TiB_2(0001)界面的结构来分析工业上添加过渡元素Ti对B_4C/Al界面润湿性的改善机制。通过计算发现,Al(111)/TiB_2(0001)界面相对Al(111)/AlB_2(0001)界面具有更高的粘附功值,说明其界面结合更强。进一步对比Ti掺杂二硼化物和AlB_2的偏态密度结构,发现Ti掺杂体具有较低的反键态,表明Ti-3d和B-2p轨道电子杂化后,在B、Ti原子间形成了较强的化学键,从而促进了Al(111)/TiB_2(0001)界面处的强结合作用,提高了Al(111)/TiB_2(0001)界面粘附功,故而改善了B_4C/Al界面的润湿性。根据同样的理论依据,V掺杂体也具有较低的反键态,V和B之间的强结合效果或许能够改善B_4C/Al界面的润湿性,成为又一理想的溶体改性掺杂元素。

界面反应产物对B_(4)C/Al复合材料颗粒润湿性及界面强度的影响机制

采用搅拌铸造法制备了B_(4)C/Al复合材料,利用实验分析结合第一性原理计算的方法,探讨了界面反应产物Al_(3)BC和TiB_(2)对B_(4)C/Al复合材料颗粒润湿性及界面结合强度的影响机制。结果表明,界面反应产物为Al_(3)BC时,B_(4)C颗粒润湿性没有得到实质性改善,存在明显的颗粒团聚现象,界面结合强度较低且过度的界面反应使B_(4)C颗粒分解损耗严重,导致B_(4)C颗粒增强效果不明显;而通过添加Ti元素使界面反应产物为TiB_(2)时,颗粒润湿性明显改善,B_(4)C颗粒团聚现象显著减少,界面结合强度较高,力学性能得到显著提高。这主要是由于不同终端的Al(111)/TiB_(2)(0001)界面黏附功均大于Al(111)/B_(4)C(0001)的界面黏附功,表明界面反应产物TiB_(2)可以提高B_(4)C颗粒的润湿性,而界面反应产物Al_(3)BC对提高B_(4)C颗粒的润湿性非常有限;Al(111)/Al_(3)BC(0001)和Al(111)/TiB_(2)(0001)的界面上均形成了混合的共价键/金属键;Al(111)/TiB_(2)(0001)的界面上的化学键作用力更大,相应地界面结合强度也更大。