第一性原理研究掺杂过渡元素对碳化钨性能的影响

碳化钨(WC)在高温动力装备上应用越来越多,WC的脆性和高密度限制了其更广泛的使用,金属原子掺杂是提高WC性能的一种方法.采用基于第一原理的广义梯度作为近似交换相关函数,研究了A0.25W0.75C(A为Ti、V、Cr、Mn、Co和Ni)的弹性、电子和X射线吸收特性.数值分析结果显示,Ti0.25W075C的B/G值(B为体模量,G为剪切模量)为1.869,改性为延性材料,其它均为脆性材料.掺杂25％的V、Co、Ni原子可使WC的脆性降低,掺杂25％的Cr、Mn原子可使WC脆性增大.掺杂后化合物的态密度分布范围减小,费米能级处数值增大,金属性增强,其中Mn0.25W0.75C金属性最强.参杂后X射线吸收谱蓝移,在软X射线波段存在吸收波段,其中Cr、V、Ti在15.74～22.25 nm波段出现强吸收峰.研究结果有助于塑性低密度WC类化合物的实验和应用研究.