Введение к работе
- ? -
Актуальность тент. Задача выбора оптимальной композиции
нового конструкционного материала может бить решена только на осноеэ достаточно подрооноя информации о системе, на основе которой она разрабатывается. Особое.значение здесь имеют данные об основных термодинамических параметрах этой системы, оп-ределяюяиїх ее физческиэ и эксплуатационше свойства. ЗачастуіЯ экспериментальное получение такой информации чрезвычайно трудоемко, а в случае метастабільних видалений просто невозможно. Поэтому, большой интерес представляет разработка надежных теоретических методов расчета термодинамических свойств материалов.
Очевидно, что наиболее последовательный теоретически подход должен базироваться на первопринцитшх негодах, основывавшихся на фундаментальных квантово-механических представлениях, и использующих в качестве исходных пвра?гэтров только данные о пространственной структуре материала и атомных кодерах элементов, составляющих его. Однако до последнего времени для первопринципных методов были доступны лишь идеальные кристаллические вещества или кластеры ограниченных размеров. Расчета se. термодинамических свойств таких широкораспроетраккеных систем, как неупорядоченные сплавы были единичны и ограничены неупорядоченными сплаваем замещения с елементами,' емэпцимя близкое электронное строегаїе. Другім недостатком существовавшие, методик расчета ішупорядочешшх сплавов была гас громоздкость. Поэтому актуальной задачей являлась разработка эффективных и надежных первопринципных катодов расчета нэупорядо-чэшшх сплавов замещения, позволяющих расчитывать электронную структуру, и термодинамику широкого спектра сплавов коталлячос-ких систем.
Цель работа'
І-. Разработка в рамках теории функционала электронной плотности эффективного метода расчета электронной структуры к iofe:.o-динвкических свойств неупорядоченных кэталлхчэских сплавов.
_ 4 -
2. Исследование аномального поведения термодинатчасюи
свойств и механических свойств А]-ы сплавов на основе расче
тов электронной структуры неупорядочешшх и упорядоченных фаз
этой системы.
3. Первопринцитшй расчет электронного топологического пере-
' хода в системе Li-Mg и его влияния на термодинамические свой
ства сплавов.
-
Исследование термодинамических свойств и их связи с электронным строением в системе Ni-Al в никелевой ооласти.
-
Первопринципный расчет концентрационных зависимостей термодинамических и тепловых свойств неупорядоченных сплавов систем Ni-W.H Ni-Re.
Научная новизна. Разработан эффективный и последовательный подход для определения из первых принципов электронных характеристик и термодинамических свойств неупорядоченных металлических сплавов замещения, учитывающий эффекты экранирования атомов сплава их локальным окружением.
Впервые рассчитаны электронная структура и термодг эми-ческио характеристики метастабильной фазы АІЛ/і и неупорядоченных твердых растворов Li в А1. Дано объяснение наблвдаицим-ся в этой системе аномалиям концентрационного поведения параметров решеток и упругих модулей.
Впервые выполнен полностью самосогласованный расчет электронной структуры сплавов системы Li-Mg в приближении когерентного потенциала, на основании которого.найдена точка электронного топологического перехода, рассчитаны основные термодинамические и тепловые свойства этой системы. Впервые "из первых принципов" получены аномалии в поведении ооъемного модуля и константы Грюнайзена в этих сплавах в точка перехода.
Впервые рассчитаны параметры решетки, объемные модули и энтальпии образования неупорядоченных Ni-Al сплавов во вбей концентрационной области . Показано, что конфігурацпонние эф-Се'кты в этой системе-приводят к значительной перестройке. электронных спектров,.что в'свою очередь позволяет объяснить налн-'чпо сального Олйшого порядка в этой системе.
Выполнено обобщение функционала Харриса для неупорядоченных систем.
Впервые проведены расчеты термодинамических и тепловых свойств систем- Ni-w и Ni-Re во всем концентрационном интервале существования твердого раствора. Для указанных систем при концентрациях 14.5 ат. % V» и 10 ат. % Re соответственно предсказаны аномалии в поведении упругих модулей' и коэффициентов теплового расширения. Аномалии объяснены эффектом заполнения узкой d-зоны N1 и происходящим при этом электронным топологическим переходом.
Практическая значимость работы. РазраОотзна и создана эффективная программа для расчета электронной структуры и термодинамических свойств широкого спектра неупорядоченных металлических сплавов, которая может оыть использована при исследовании систем, экспериментальное исследование которых затруднено.
Рассчитаны термодинамические характеристики неупорядоченных сплавов Ai-Li и Li-Mg, нашедших в последние годы широкое практическое применение в качестве конструкционных материалоа в авиастроении и материалов для электронной техники.
Для метастабильной фазы AULi, являющейся основной упрочняющей фазой важного класса конструкционных материалов, расе-, читаны важнейшие ее характеристики: энтальпия образования, объемный модуль,- температура Дебая, постоянная Грюнайзена, которые практически невозможно получить из прямых экспериментов.
Предсказано существование аномалий в тепловых и термодинамических свойствах неупорядоченных Ni-не и Ni-w сплавов, которые могут стать основой создания нового класса материалов с низким коэффициентом теплового расширения.
' Основные научные результаты, выносимые на зашиту.
I. Эффективная первопринципная методика расчета электронной, структури! и термодинамических свойств в неупорядоченных сплавах замещения основанная на использовании метода линеаризованных маффин-тин орбиталей (ЛМТО) в приближении когерентного потенциала (ПКП) в рамках теории функционала электронной плотно-
- b -
ста.
2. Способ учета в одноузельном приближении когерентного потенциала эффектов, связанных'с переносом заряда в неупорядочешшх металлических сплавах.
,3. Результаты расчета электронной структуры и свойств основно-' го состояния упроядоченкых и неупорядоченных фаз сплавов бинарных систем Al-Li и Li-Mg.
4. Результаты исследования "из первых принципов" влияния изменения топологии поверхности Ферми на термодинамические свойства неупорядоченных сплавов Li-Mg.
Ь. Результаты расчета термодинамических свойств неупорядоченных сплавов в системе N1-A1.
6. Результаты исследования концентрационных зависимостей тепловых и термодинамических свойств неупорядоченных сплзеов.бинарных систем Ni-w и Ni-Re. Апробация работы.-
Основные результаты работы доложены на:
I. 3-ей Всесоюзной конференщш "Квантовая хк^'я п спектроскопия твердого тела" (Свердловск, 1989).
' 2. 4-ой Всесоюзной школе-сешнаре "Диагреша состояний в штериадоЕздешгл" (Одесса, 1990).
-
Всесоюзной совещании "Базы ізїжо-химйчєских данных для сптгчизащш металлургических технологій" (Курган, 1990 г.)
-
3-й Всесоюзной конференции "Квантовая химия твердого тела" (Рига, 1990 г.)
5. -1-ой международной конферояцш "Новые методы в фазикэ
п кохзнико деформируемого твердого тела" (Терскол, 1990 г.)
6. Международно,! школе "Числэнныэ катода в электронной
'таоржі твердых.тел" (Екатеринбург, 1991).
-
Международной школе "Численшге мэтоди в электронной тоорзп твердих тел" (Киев, 19Э1).
-
Всесошнол совещании "Коделяровата ^зико-хїшячоскех систем ' н" ' техно^огячэсккх процессов в металдургст". (Нэнжузкоцк, 1991).
S. Ito СОїіЯНзрах Condsnosd Katter Theory Group of . th's
Uppsala University (Uppsala,1993) И laboratory' of Applied Physios of the Danish Technical University (Lyngby, 1993).
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано
в 20 печатных работах.
Структура и объем диссертации. Материал диссертации изложен на 211 страницах машинописного текста, содержит 26 рисунков, II таблиц, библиография - 156 наименований.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных-выводов, заключения и списка литературы.
