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（ZrTi）B_2固溶体的晶体结合能的计算

作　者: 王彦
导　师: 李金平
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 材料学
关键词: 固溶体 ZrB2 TiB2 经验电子理论 价电子结构 晶体结合能
分类号: TG111.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


硼化锆、硼化钛及其固溶体超高温陶瓷,具有高熔点、高硬度和优异的导电导热性能、在硬质合金、金属（陶瓷）基复合材料以及超高温陶瓷中得到广泛应用。晶体结合能不仅是反映材料稳定性能的一项重要参数,而且对深入揭示固体或分子的微观结构也具有重要的研究意义。本文根据固体与分子经验电子理论,通过键距差（BLD）方法,结合实际熔点为判据,最终确定基体ZrB2、TiB2杂阶组合分别为A15、5和A14、4其熔点分别为3345K与3119K其相对误差仅为0.9%和1.8%根据固体与分子经验电子理论,基体的结合能由三部分组成;（1）将晶体中的键全部视为共价键时与元素类似的晶体结合能、（2）类离化能、（3）类亲和能。要计算第2、3部分其重点在于确定基体的偏移电子数。通过计算得到两种基体偏移电子数分别为-0.1091和0.0667最后基体的晶体结合能被确定为,ZrB2为-1539.56KJ/mol和TiB2为-1469.71KJ/mol在固溶体的计算时我们采取三种模型即平均原子模型、平均晶胞模型和真实晶胞模型。其中平均原子模型最为简单且最为基础,其他两种模型都是在平均原子模型的基础上建立起来的。在计算固溶体价电子结构、熔点、偏移电子数和固溶体晶体结合能后我们认为使用平均原子模型更加合理。最后固溶体的晶体结合能被确定为Zr0.8Ti0.2B2是-1498.12KJ/mol,Ti0.8Zr0.2B2是-1479.54KJ/mol这一变化规律与熔点的变化规律基本趋势相同,较第一性原理的计算结果趋势上更为合理,方法上也相对简单。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章 绪论  8-18
  1.1 课题来源及研究意义  8
  1.2 国内外在该方向上的研究现状及分析  8-16
    1.2.1 (ZrTi)B_2 超高温陶瓷的研究  8-10
    1.2.2 硼化锆硼化钛陶瓷的应用  10-11
    1.2.3 关于晶体结合能的研究  11-16
  1.3 主要研究内容  16-18
第2章 基体价电子结构的建立  18-42
  2.1 Zr、Ti及B原子头态和尾态的选择  18-24
    2.1.1 EET理论及价层电子的分类  18-20
    2.1.2 Zr,Ti,B的h态,t态确定  20
    2.1.3 Zr,Ti和B原子杂化状态表的建立  20-24
  2.2 基体价电子结构的建立  24-31
    2.2.1 基体实验键距的计算  24-25
    2.2.2 等效键数I_a的计算  25-26
    2.2.3 实验键距方程  26-27
    2.2.4 ra方程  27-28
    2.2.5 n_a方程  28-29
    2.2.6 理论键距求解  29
    2.2.7 比较键距差  29
    2.2.8 MeB_2 计算结果  29-31
  2.3 基体熔点的计算及杂化状态的确立  31-40
    2.3.1 经验电子理论中关于键能的计算  31-33
    2.3.2 ZrB_2 晶体中键能的计算  33-35
    2.3.3 经验电子理论关于熔点计算理论  35-40
  2.4 本章小结  40-42
第3章 基体晶体结合能的计算  42-50
  3.1 元素晶体结合能计算公式  42
  3.2 过渡金属化合物晶体结合能计算公式  42-43
  3.3 与元素类似的晶体结合能((?)) 计算  43-47
    3.3.1 计算方法与参数的选择  43-44
    3.3.2 n_a的求解  44-47
  3.4 偏移电子数的确定及计算  47-48
  3.5 固体与分子经验电子理论与第一性原理的比较  48-49
  3.6 本章小结  49-50
第4章 固溶体价电子结构和晶体结合能的计算  50-63
  4.1 固溶体的三种模型  50-52
    4.1.1 平均原子模型  50
    4.1.2 平均晶胞模型  50-51
    4.1.3 真实晶胞模型  51-52
  4.2 三种模型下价电子结构的建立  52-56
    4.2.1 等效键数及实验键距的计算  52-53
    4.2.2 na方程的建立及求解  53-54
    4.2.3 根据间距差法确定杂阶组合，计算最强键键能及熔点  54-56
  4.3 三种模型下晶体结合能的计算  56-59
    4.3.1 元素类似晶体的结合能的确定  56-57
    4.3.2 偏移电子数的确定及类离化能和类亲和能的计算  57-58
    4.3.3 晶体结合能的计算  58-59
  4.4 讨论  59-62
  4.5 本章小结  62-63
结论  63-65
参考文献  65-68
攻读学位期间发表的学术论文  68-70
致谢  70

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属学与热处理 > 金属学（物理冶金） > 金属物理学 > 金属的电子理论
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