Ti3(Ge1-xSix)C2固溶体力学和热力学性能的第一性原理研究

李亚盟, 金文媛, 焦照勇

(河南师范大学物理与材料科学学院 光电子技术及先进制造河南省工程实验室，新乡 453007)

1 引 言

三元层状化合物Mn+1AXn(n=1, 2, 3，其中M是早期过渡金属，A是第三、四主族元素，X是C或N元素)由于其具有金属材料的优点，如：良好的导电和导热性，较小的硬度和很强的抗腐蚀能力，同时还具有陶瓷材料的高比刚度，高熔点，良好的热稳定性和抗氧化性的特点，引起了人们的极大关注. 在MAX相材料中，Ti3AC2(A=Ge, Si)材料是比较有代表性的，Mane等[1]在实验上研究了MAX相Ti3GeC2固溶体粉末的合成与烧结，成功地合成了高纯Ti3GeC2粉体，对其形成反应研究发现，在锗的熔融后随着反应的缓慢扩散，开始发生液-固反应. 近些年来人们对于MAX相材料的研究主要集中在以下三个方面：一是新MAX相材料的合成；二是如何提高MAX相材料合成纯度；三是如何改善MAX相材料的性能. 其中，对MAX相材料中的M、A或X位置进行固溶掺杂是实现MAX相陶瓷材料的强化的一个有效的方法，可以在一定程度上改善MAX相材料的性能. Ganguly等[2]实验合成了Ti3GeC2和Ti3(SixGe1-x)C2固溶体并对其力学性质进行了分析，发现Ge含量增加会导致抗压性下降. 目前人们对于三元层状陶瓷Ti3AC2材料的研究主要集中在研究纯相材料的电子结构和力学性能，如胡洁琼等[3]采用第一性原理研究了Ti3AC3相(A = Si, Sn, Al, Ge)的电子结构、弹性性质，并且对几种MAX相材料的性质进行了比较. Cui等[4]采用第一性原理计算方法研究了压强对Ti3GeC2结构稳定性的影响.而关于Ti3(Ge1-xSix)C2固溶体的晶体结构、结构稳定性、力学……