Зонная структура и свойства карбидов, нитридов вольфрама и родственных фаз

• Автор: Суетин, Дмитрий Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 149 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
Глава 1. Первопринципные методы расчетов зонной структуры и физических свойств кристаллов

1.1. Теория функционала плотности (ОРТ)

1.2. Обобщенная градиентная аппроксимация (вОА) обменно-корреляционного потенциала

1.3. Линеаризованный метод присоединенных плоских волн

1.4. Вычисление механических свойств моно- и поликристаллов с гексагональной и кубической симметрией

1.5. Прохождение зонных РЬАРУ-ООА расчетов

Глава 2. Зонная структура и свойства бинарных фаз в системах "У-С и \7-N

2.1. Карбиды вольфрама

2.1.1. Зонная структура, физические свойства и межатомные взаимодействия в монокарбидах вольфрама 1УС
2.1.2. Зонная структура полиморфных модификаций субкарбида вольфрама: а, (3, у и е фазы \С
2.1.3. Энергии формирования и относительная стабильность а, р, у и е модификаций 2С
2.2. Нитриды вольфрама
2.2.1. Зонная структура, физические свойства и межатомные взаимодействия в мононитридах вольфрама УЫ
2.2.2. Моделирование структуры и электронных свойств субнитрида вольфрама ДУгМ
2.3. Электронная структура и механические свойства карбидов, нитридов вольфрама и родственных фаз
2.3.1. Упругие характеристики кубических и гексагональных УС,
2.3.2. Упругие характеристики моно- и поликристаллических бинарных фаз со структурой типа
Глава 3. Зонная структура и свойства твердых растворов и кристаллических фаз в тройных системах V-X-C (X - р - атом)
3.1. Зонная структура и физические свойства карбонитридов вольфрама
3.2. Электронно-энергетические свойства борокарбида вольфрама VB0.5C05 и боронитрида вольфрама ''УВо.51Мо

3.3. Зонная структура, свойства и энергетическая стабильность алюмокарбидов вольфрама и родственных фаз
3.3.1. Зонная структура карбида алюминия ЛІ4С3 и сплава 'о.зАІо.з
3.3.2. Зонная структура и свойства алюмокарбидов вольфрама W0.5AI0.3C и W2A1C
3.3.3. Стабильность алюмокарбидов Wo.5Alo.5C, W2Л1C
3.3.4. Моделирование структуры и свойств нестехиометрических Wl ХА1ХСУ "
Глава 4. Зонная структура и физические свойства твердых растворов и кристаллических фаз в тройных системах V-M-C (М - сі - металлы)
4.1. Зонная структура, свойства и энергетическая стабильность твердых растворов Wl.xMxC (М=8с, Ті
4.2. Зонная структура, механические и магнитные свойства тройных фаз CoзWC,
WзNiC, WзNiN со структурой антиперовскита
4.3. Электронная структура и свойства и д-карбидов типа MзWзC, M6W6C (М=Ре, Со)
Заключение
Литература

Введение
Актуальность работы. Карбиды и нитриды переходных металлов проявляют уникальное сочетание экстремальных термомеханических свойств, высокой прочности и твердости, радиационной стойкости, химической инертности, интересных электрофизических, магнитных и других характеристик, вследствие чего они представляют исключительную научную, технологическую и коммерческую значимость. Достаточно широко известны примеры эффективного использования карбидов и нитридов в качестве материалов машиностроительной, атомной, химической индустрии, для получения конструкционной керамики, при производстве абразивов, высокопрочных защитных покрытий, износостойких материалов, в интегральных электрических схемах [1-6]. Это сочетание различных свойств карбидов и нитридов d-металлов непосредственно связано с особенностями электронного строения и сложной ковалентно-ионно-металлической природой межатомных взаимодействий в них [7].
Среди большого числа карбидов переходных металлов монокарбид вольфрама WC привлекает особое внимание благодаря своему малому коэффициенту термического расширения и исключительной твердости, сохраняющихся в широком температурном интервале [8]. В настоящее время WC широко применяется для изготовления износостойких инструментальных сплавов, вращательных валов и цилиндров, для производства катализаторов, различных покрытий аэрокосмического назначения (см. обзор [8]). Также в последние годы начаты работы по получению WC в наноразмерном состоянии: в виде нанопорошков [9-12], нановолокон [13,14], нанотрубок [15] и нанокомпозитов [16,17].
На сегодня особенности зонной структуры и межатомных взаимодействий в простейших фазах, образующихся в бинарной системе W-С (кубического и гексагонального монокарбидов вольфрама WC) исследованы достаточно подробно с привлечением широкого набора экспериментальных и теоретических методов [18-24]. Кроме того, с использованием современных вычислительных методов квантовой теории конденсированного состояния вещества изучено влияние на свойства WC присутствия в его составе вакансий по W- и С-подрешеткам [25,26], ряда примесей замещения - d - металлов [27,28]; обсужден ряд интересных особенностей электронных состояний поверхности монокарбида WC [18,29], а также интерфейсов композитов WC/Co [30,31], WC/HfCh [32], WC/Al [29] и WC/C [33].
Известно, что в системе W-С наряду с монокарбидом WC (который имеет низкотемпературную гексагональную и высокотемпературную кубическую модификации) существует низший карбид (субкарбид) W2C, для которого также сообщают о существовании нескольких полиморфных модификаций [8]. В последние годы ряд свойств W2C и материалов на его основе привлек значительный интерес. Среди них - твердость и абразивная стойкость
Второе уравнение возникает при одновременном равномерном растяжении кристалла вдоль оси х и вдоль оси у, его симметрия понижается от кубической до моноклинной. Оно будет выглядеть так же, как и ур. (1.68):
E(V,a) = E0+VQ(Cu-Cl2)cc2.
Наконец, коэффициент С44 можно определить при триклинном искажении кристалла, возникающего при его повороте на определенный угол вокруг одной из его осей, например, z. При этом возникает уравнение, аналогичное ур. (1.72):
E(V,a) = E0+2V0Cua2.
Наряду с коэффициентами Сц, для описания упругого поведения материалов широко используют такие параметры, как модули всестороннего сжатия, сдвига, модули Юнга, коэффициенты Пуассона и.т.д. Для монокристаллов эти параметры могут быть определены с помощью величин упругих констант Сц, получаемых в ab initio расчетах.
Известны два основных метода аппроксимации упругих констант: Фойгта (146] и Рсусса [147], которые дают асимптотически максимальные (метод Фойгга) и минимальные (метод Реусса) значения упругих параметров поликристаллов. Так, значения модуля всестороннего сжатия (В) по методу Фойгта [146] для гексагональных кристаллов определяется как:
*K=f(Qi+C12+2C13+ic33). (1.78)
В методе Реусса [147] модуль сжатия В определяется таким образом:
Br = -19l±£i2)%,-2Ci23 .. (1.79)
Си +ci2 + 2С33 -4(2i3
Модули сдвига (G) по Фойгту [146] и Реуссу [147], соответственно, имеют вид:
Gv =(СИ +С12 +2С33 -4С]3 +12С44 +12С66), (1.80)
[{С +С,2)Сзз-2С12з ]С44Сб6
(1.81)
2 3ВуС44С6б +[(СП + С12)С33 -2С13](С44 +С66)
Для расчета модулей всестороннего сжатия и сдвига кристаллов с кубической симметрией используются следующие выражения:
_Сц+2С12
Ну,Р. ~3 (1.82)
q _ (Qi ~С2 +з<744)
гк= » (1-83)
5(Сц -С|2)С44
[4С44 +3(Сц -ЗС]2)]