铜钨合金高温高压性质的第一性原理研究

   铜钨合金因高熔点、高强度、良好的抗电蚀性、低热膨胀系数和良好的导热、导电性,被广泛应用于电极材料及特殊用途的军工材料(如火箭喷嘴、飞机喉衬)等领域.目前,对于铜钨合金的研究主要集中在实验制备上,关于物性研究的工作比较少.Liu等采用热模拟测验机,测得Cu0.75W0.25,Cu0.5W0.5的应力-应变曲线,分析研究了高温对CuW的形变及稳定机制;Cai等[5]采用与热物理性质相关的多个理论模型,对CuW的密度、热容、弹性模量、热膨胀系数等进行了初步的理论估算;Li等分别利用German互联结构模型、Gasik微观力学模型等三种方法,计算了CuW在不同比例下的电导率、热膨胀系数等热力学参数,并且与实验值进行了比较分析;Li等利用交叉势的线性组合构造了CuW的嵌入原子模型(embedded-atommethod,EAM)势等.

基于密度泛函理论的第一性原理方法可以从电子结构角度阐述电子结构改变对于材料物性的影响,这对于材料的合成和制备具有重要的参考意义,是半经验经典模型所无法达成的.另外,对于高温、高压下材料的力学性质和热力学性质的研究能够为材料的实际应用和应用局限性提供参考.而且,对二元合金高温高压性质的研究已相当成熟.基于上述考虑,本文利用第一性原理的方法研究三种不同典型比例下铜钨合金(Cu3W,CuW和CuW3)的电子结构、力学性质和热力学属性,分析三种合金的电子态密度随压强变化的影响;利用状态方程得到不同压强下合金的弹性性质;通过声子色散曲线的计算确定合金的热力学稳定性;采用准简谐德拜模型和准简谐近似模型(QHA)分别计算和对比三种合金高温、高压下的体弹模量、热膨胀系数、德拜温度和比热容等.