学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

ZrxNb1-xC和ZrCxN1-x合金的成分设计与性能研究

作　者: 孙晓玮
导　师: 张新宇；刘日平
学　校: 燕山大学
专　业: 材料学
关键词: 第一性原理 弹性性质 电子结构 锆合金
分类号: TG146.414
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 0次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载
 

内容摘要


锆合金具有良好的核性能、抗腐蚀性、抗中子辐照性、耐高温以及低密度等特点，在核工业和化工业中具有广泛的应用。因此，对锆合金的深入研究对扩展其应用范围具有很重要的科学和技术意义。以原子、分子为基础进行材料设计，实现在微观尺度上控制材料结构和成分，是现代先进材料重要发展方向。本文采用基于密度泛函理论的第一性原理方法，结合材料设计原理，对ZrxNb1-xC和ZrCxN1-x两种合金体系进行成分设计以及性能预测研究，旨在建立合金力学性能与体系价电子浓度的物理关系，设计具有优异力学性能的新型锆合金。运用虚晶近似方法，基于ZrxNb1-xC和ZrCxN1-x的无序固溶模型，对其结构参数、力学性能、电子结构随成分变化进行系统研究。计算结果显示，两种合金的晶格常数a均随x增加而增加。通过分析体积模量和剪切模量的变化规律可以发现，在ZrxNb1-xC合金体系中Zr0.21Nb0.79C具有最高的剪切模量215GPa和较高的体积模量294GPa，因而Zr0.21Nb0.79C可能具有最大的硬度值。结合硬度计算公式发现，在ZrCxN1-x合金体系中ZrC0.7N0.3合金具有最高的硬度值28.4GPa。通过分析能带结构、态密度以及混合焓，进一步揭示了Zr0.21Nb0.79C和ZrC0.7N0.3合金的电子性质和热力学性质，发现Zr0.21Nb0.79C和ZrC0.7N0.3合金均具有金属性且有很高的热力学稳定性。以上结果表明，通过调控晶体内部价电子浓度来改变合金成分是一种设计新型材料的有效方法。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章 绪论  8-18
  1.1 引言  8-10
    1.1.1 计算材料学  8-9
    1.1.2 材料设计  9-10
  1.2 课题研究背景  10-11
  1.3 锆合金的研究现状与应用  11-16
    1.3.1 锆的性质与应用  11-13
    1.3.2 锆合金的研究进展与应用  13-16
  1.4 本文主要研究内容  16-18
第2章 计算理论基础与方法  18-28
  2.1 第一性原理计算理论基础  18-20
  2.2 密度泛函理论  20-25
    2.2.1 Hobenberg-Kohn 定理  21-22
    2.2.2 Kohn-Sham 方程  22-23
    2.2.3 交换关联泛函  23-25
  2.3 计算模拟软件  25-26
  2.4 赝势方法  26-28
第3章 Zr_xNb_(1-x)C合金成分设计与性能分析  28-41
  3.1 引言  28-29
  3.2 计算方法  29
  3.3 结果与讨论  29-40
  3.4 本章小结  40-41
第4章 ZrC_xN_(1-x)合金成分设计与性能分析  41-52
  4.1 引言  41
  4.2 计算方法  41-42
  4.3 结果与讨论  42-50
  4.4 本章小结  50-52
结论  52-53
参考文献  53-58
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果  58-59
致谢  59-60
作者简介  60

相似论文

  1. 掺杂锐钛矿型二氧化钛光催化性能的第一性原理计算,O643.36
  2. 锂离子电池电极材料黑磷与LiMn2O4的第一性原理研究,TM912
  3. 锂离子层状正极材料LiMO2（M=Co，Ni，Mn）的第一性原理的研究,TM912
  4. 固体氧化物燃料电池负极材料Srn+1TinO3n+1（n=1,2,3,∞）的第一性原理研究,TM911.4
  5. 石墨烯制备及其缺陷研究,O613.71
  6. Ir表面上NH3催化分解与氧化反应机理的理论研究,X131.1
  7. 铁基超导材料的第一性原理研究,O511
  8. 掺Eu的α-SiAlON荧光材料的第一性原理研究,TB34
  9. M_x（M=Cu，Ag，Au）/石墨烯的结构与稳定性的理论研究,O613.71
  10. 室温离子液体的表面与界面性质研究,O647.1
  11. 高压下碱金属（Li，Na，K）结构与光学性质的第一性原理研究,O521.2
  12. (OsnN)0, ±（n=1-6）团簇结构与性能的理论研究,O641.1
  13. PtnN0,±（n=1-5）团簇结构与性能的理论研究,O641.1
  14. SrxPb1-xRuO3（0≤x≤1）铁磁性的第一性原理研究,O482.5
  15. BiFeO3结构与性能的第一性原理研究,TB34
  16. 二氧化钛纳米管及其阵列形成和性质的密度泛函理论研究,TB383.1
  17. 锂离子电池正极材料LiFePO4及其掺杂改性的第一性原理研究,TM912
  18. 有机光伏电池的界面电子结构研究,TM914.4
  19. 金属原子Cu，Ag，Au吸附于CeO2（111）和（110）面的第一性原理研究,TM911.4
  20. 掺杂对新型超硬材料强度影响的第一性原理研究,O469
  21. 潜在锂离子电池负极材料石墨烯的第一性原理研究,TM912

中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属学与热处理 > 金属材料 > 有色金属及其合金 > 稀有金属及其合金 > 难熔稀有金属（高温熔融金属） > 锆、铪
© 2012 www.xueweilunwen.com