过渡金属硼碳化物TM3B3C和TM4B3C2稳定性和性能的理论计算

• 作者: 侯一鸣 吴庆华 周爱国 王李波 秦双红 胡前库
• 来源期刊: 物理学报
• 关键词: 硬质材料 第一性原理计算 稳定性 硬度
• 年，卷（期）: 2019,（9）
• 所属期刊栏目: 凝聚物质:结构、力学和热学性质
• 页码范围: 206-214
• 页数: 9页
• 字数: 5485字
• 语种: 中文
• DOI: 10.7498/aps.68.20190158

摘要

在过渡金属轻元素化合物中,寻找新的硬质或者超硬材料是当前的一个研究热点.目前寻找范围多集中在过渡金属硼化物、碳化物和氮化物等二元体系,三元相的研究则相对较少.本文以已知Nb3B3C和Nb4B3C2结构为模板,采用元素替代法构建了29种TM3B3C(TM为过渡金属元素)结构和29种TM4B3C2结构,采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,成功找到了热力学、动力学以及力学都稳定的Ta3B3C和Ta4B3C2两种新相.结构搜索计算确认了这两相为全局能量最优结构.能带结构和态密度的计算显示这两相均为导体,导电性主要源于Ta原子的d电子.这两种新相的硬度大约为26 GPa,说明Ta3B3C和Ta4B3C2属于高硬度材料,但不是超硬材料.