Введение к работе
Актуальность темы. В последние года возросла роль теоретического моделирования при создании материалов с заранее заданными свойствами. Большинство термодинамических свойств таких материалов определяется электронным строением составляющих их фаз. Поэтому разработка эффективных методов, позволяющих рассчитывать электронную структуру и устанавливать ее связь с термодинамическими характеристиками различных твердых тел, представляет осоОый интерес как для теории, так и для практики.
До сих пор наибольшие успехи были достигнуты в описании чистых веществ и стехиометрических упорядоченных соединений. Однако имеющиеся на сегодняшний день подходы для расчета термодинамических свойств неупорядоченных сплавов "из первых принципов" квантовой механики (то есть задаваясь лишь атомными номерами элементов и кристаллической структурой) либо требуют больших затрат машинного времеїш, сопоставимых со временем на проведение экспериментальных исследований, либо не позволяют рассчитывать целый ряд упрупис и тепловых свойств. В связи с этим представляется актуальной разработка метода, который, с одной стороны, в значительной мере сократил бы вычислительные затраты по сравнению со стандартными методиками, а, с другой стороны, давал он надежные результаты для целого -спектра термодинамических свойств неупорядоченных сплавов.
Цель работы I. Разработка в рамках теории функционала электронной плотности эффективной схемы расчета электронной структуры и
термодинамических свойств сплавов.
2. Исследование коїщентрациошшх зависимостей термодина
мических, тепловых и упругих свойств неупорядоченных сплавов
систем Ni-W И Ni-Re.
3. Изучение связи электронной структуры с поведением
термодинамических свойств сплавов систем Ni-W и Ni-Re и
определение оптимальных ооластей легирования никелевых
спецсплавов.
Научная новизна. Разработан эффективный и последовательный подход для определения в рамках функционала электронной плотности и приближения когерентного потенциала электронных характеристик и термодинамических свойств неупорядоченных металлических сплавов замещения.
Предложена методика расчета упругих модулей и коэффициентов теплового расширения для неупорядоченных сплавов.
Впервые проведены расчеты термодинамических и тепловых свойств систем Ш-w и Ni-Re во всем концентрационном интервале существования твердого раствора. Для указанных систем при концентрациях 14.5 ат. % W и 10 а.т. % Re соответственно предсказаны аномалии в поведении упругих модулей и коэффициентов теплового расширения. Аномалии объяснены эффектом заполнения узкой d-зоіш Ni и происходящим при этом электронным топологическим переходом.
Практическая значимость работы.
Разработана и создана эффективная программа для расчета электронной структуры и термодинамических свойств широкого спектра неупорядоченных сплавов.
Впервые теоретически рассчитаны характеристики
неупорядоченных фаз, присутствующих в сплавах Ni-W и Ni-Re, нашедших в последние годы широкое практическое применение в качестве конструкционных материалов в авиастроении.
Предсказываемые аномалии тепловых свойств имеют важное практическое значение, поскольку эти сплавы могут стать основой нового класса материалов с низким коэффициентом теплового расширения.
Разработанные программы могут быть использованы при исследовании других металлических систем, экспериментальное исследование которых затруднено или дорогостояще.
Основные научные результаты, выносимые на защиту.
1. Результаты расчета электронной структуры и свойств
основного состояния неупорядоченных сплавов бинарных систем
Ni-W И Ni-Re.
-
Результаты исследования концентрационных зависимостей тепловых свойств неупорядоченных сплавов бинарных систем Ni-W и Ni-Re.
-
Методика расчета упругих модулей и коэффициентов теплового расширения для неупорядоченных сплавов.
Апробация работы.
Основные результаты работы доложены на:
-
3-й Всесоюзной конференции "Квантовая химия твердого тела" (Рига,1990)
-
Всесоюзном совещании "Методы расчета энергетической структуры и физических свойств кристаллов" (Киев,1991);
-
European Reeearoh Conference "Eleotronio structure of solids" (Cambridge,1992).
-ь-
4. International Conferenoe on Computer-assisted Materials Design (Tokyo,1993).
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 4 печатных работах.
Структура и объем диссертации. Материал диссертации изложен на 107 страницах машинописного текста, содержит 18 рисунков, 5 таблиц, библиография - 70 наименований.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, заключения и списка литературы.
