新型超硬材料理论设计方法简介及展望

对超硬材料的研究,无论从实验上还是从理论上,至今仍是一个热门的课题.最近,基于过渡金属和B,C及N元素来设计超硬材料,引起了人们广泛的研究兴趣.本文在简要介绍超硬材料研究现状和理论研究方法的基础上,以具体实例探讨了运用这个思想设计超硬材料的方法.最后,对这类新型超硬材料设计结果给以评价和总结.     

材料硬度与键合性质关系分析

基于密度泛函第一性原理方法,在广义梯度近似计算条件下获得了多种典型晶体材料的晶体结构和弹性的参数,以imu。nek A.理论小组硬度计算模型为基础,着重分析了晶体硬度与体弹模量B、剪切模量G之间的关系,澄清了难压缩与超硬之间的关系;通过对晶体的键密度和键布居等信息的分析,提出了理论硬度计算模型中的一个改进,并定性预测了化合物晶体成为超硬材料的基本特征,为今后新型超硬材料的理论预测和实验合成提供了重要参考。     

新型超硬材料BC2N的第一性原理研究

应用基于粒子群优化算法的卡里普索（CALYPSO）晶体结构预测方法, 我们发现了一种新型的具有四方结构的BC2N的同素异形体, 空间群为I4/MMM. 利用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法对该新型BC2N结构的电子能带结构、 态密度、 以及弹性性质展开了深入的研究. 计算结果发现： 此BC2N结构动力学稳定, 并且具有较大的体弹模量 (3544 GPa) 和剪切模量 (3755 GPa); 同时, 理论计算还表明该结构是一个带隙宽度为216 eV的直接带隙半导体, 其维氏硬度值可达到656 GPa. 因此, BC2N有望成为一种潜在的新型超硬材料和发光材料. 本工作将为人们探索新型的超硬材料提供一定的理论依据.     

超硬材料的设计理论取得进展

寻找硬度与金刚石相当或超过金刚石的新型超硬材料的研究已有相当长的历史,并在近几年重新活跃起来.完全依靠理论来设计新型超硬材料一直是材料科学家的梦想.从原理上讲,这完全可能,因为材料的组成原子和物理学的基本定律就决定了材料的性能.第一性原理计算在预测材料性能方面发挥着重要作用.尽管第一性原理计算在只使用材料成分的情况下就可预测材料性能,但只局限在与材料的电子行为和     

立方氮化硼刀具在加工水压机高低压阀中的应用

立方氮化硼(PCBN)是超硬材料之一,具有硬度高、耐磨、稳定性好、加工质量高、适合于切削加工各种淬硬钢及难加工材料,硬度仅次于金刚石,利用立方氮化硼刀具以高精度车削替代磨削加工,省工省时提高生产效率。     

电镀镍钴合金多层磨粒砂轮电解修整机理

修整是多层电镀超硬磨粒砂轮精密磨削的关键技术之一.电镀镍钴合金硬度和强度高,是理想的超硬磨料砂轮结合剂;但同时也导致砂轮修整困难.为此对镍钴合金镀层的电解修整机理进行了研究.首先,根据标准电极电位的理论分析了镍钴合金电解修整的可行性;然后,采用电化学分析仪测试了镍钴合金镀层在NaNO3溶液中的极化曲线,表明极化曲线存在钝化区;最后,进行了电解修整镍钴合金镀层CBN砂轮试验,结果表明对于2V和5V的电解修整电压,较高的电解电压有利于电镀镍钴合金超硬磨料砂轮电解修整.     

MX(M=Fe、Ru、Co和Rh,X=Si和Ge)合金化合物的热力学性质和硬度的第一性原理计算

基于第一性原理,利用赝势平面波法计算得到了MX型合金化合物的结构性质、弹性性质和力学稳定性.计算得到的MSi/Ge的结构参数和形成焓与实验结果以及其他理论计算结果相吻合.结果表明,MSi/Ge具有热力学稳定性且易于合成.计算得到了了MX型合金化合物的弹性常数、体积模量、剪切模量、杨氏模量、弹性各向同性指标以及泊松比.基于弹性常数,得到了CoSi/Ge和RhSi/Ge的德拜温度-压强曲线.基于计算硬度的半经验模型,计算了该系列物质的硬度.其中,RhSi、FeGe和CoGe具有较高的硬度,较高的弹性模量和较低的泊松比,具有成为超硬材料的潜质.     

硬脆材料加工中超硬刀具的应用

在硬脆材料的加工中,对刀具材料的要求越来越高,硬度高、性能好的刀具已成为加工过程中理想的刀具。近年研制成功的超硬刀具,由于的性能好,耐用度高、综合成本低等特点,应用越来越广泛。本文主要针对超硬刀具在硬脆材料中的应用进行分析,使超硬刀具在今后能够得到更好的发展以及更加广泛的应用。     

新一代超级钢铁材料的研发

概述了国内外超级钢材料研究开发的现状,从中可以看出各国都很重视这方面材料的研发,并且已取得明显的突破.介绍了获取钢铁材料晶粒超细化的方法,晶粒超细化是研发新一代结构材料的主要目标,对它的了解有助于推动材料科学的新发展.     

新型二元贵金属氮化物的合成与表征

新型二元贵金属族氮化物在硬度和电学方面表现出优异的性能,被视为一种潜在的超硬功能材料.但由于其难以达到的高温高压合成条件,使得人们很难对其晶体结构、热力学规律和物化性质等方面进行更为深入的研究.因此,探寻一种在较低温压条件下制备贵金属氮化物的途径成为材料制备领域的焦点.本研究从制备碳包覆贵金属钯(Pd)超细纳米颗粒前驱体为出发点,采用直流电弧法与激光加温金刚石对顶砧相结合的方法,在7GPa压力和800 K温度的条件下成功制备氮化钯(PdN_2)纳米颗粒,这一合成条件较之前传统方法大幅降低,对其工业化批量生产的成本降低具有重要意义.本研究开创性的将纳米与高温高压相结合,首次制备了贵金属氮化物纳米级材料,为此类氮化物的合成提供了新途径,为其他潜在超硬材料的制备提供了新思路.