Fe基合金结构与性能的第一原理计算

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随着技术发展对高性能材料的需求,人们对材料性能的研究越来越重视。利用计算机模拟和计算可以预测材料的物理性质并有效指导相关材料的制备。基于密度泛函理论的第一原理计算同分子动力学相结合,在材料设计、合成、性能模拟等多方面有许多突破性的进展,已经成为计算材料科学的重要基础和重要方法。本文将用基于密度泛函理论的第一原理对以下合金的热力学及力学性质进行计算。   首先,高温结构材料FeAl基金属间化合物,具有优良的力学性能。本文用第一原理对Fe—Al二元合金中相关金属间化合物的形成焓和弹性常数,体积模量、剪切模量、杨氏模量、泊松比、德拜温度等热力学性质和力学性质进行了计算。计算结果与已有的实验结果和理论计算结果基本相符。   其次,由于FeZr纳米晶是优良的软磁合金材料,表现巨磁阻效应,其单一结构材料和非晶合金是重要磁性材料和超导材料。本文重点计算了Fe—Zr二元合金中金属间化合物的形成焓和弹性常数,体积模量、剪切模量、杨氏模量、泊松比、德拜温度等热力学性质和力学性质。   最后本文用第一原理计算了Fe—Al基三元合金Fe3AlX(X=C和B,N)的磁性能、电子结构、弹性常数以及体积模量、剪切模量、杨氏模量、泊松比、德拜温度等。计算结果显示Fe3AlC和Fe3AlB的基态是铁磁态,而Fe3AlN的基态是顺磁态。使用LDA计算的总能普遍要低于用GGA计算的结果。使用GGA计算的Fe3AlC的晶格常数与实验值符合得很好。计算得到的弹性常数和体积模量也和其他理论值相符。Fe3AlX(X=C和B,N)则随着原子序数的增大化合物的平均磁距减小,Fe3AlN磁矩为零。
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