Sc、Ti、V、Zr掺杂Cr2B3高压力学性质的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算了掺杂Sc、Ti、V和Zr的Cr2B3在零压下的晶体结构和电子结构及其在0～150?GPa压力范围内的弹性常数和维氏硬度.结果表明:Cr2B3及其掺杂化合物均具备力学稳定性;在零压下,添加Sc、Ti、V和Zr元素均可提高Cr2B3的维氏硬度,其中Ti掺杂Cr2B3的硬度由26.3?GPa提高至40.2?GPa,提高52.9％,达到超硬材料标准,且Ti和V掺杂Cr2B3的剪切模量分别提高14.3％和16.2％,杨氏模量分别提高8.2％和12.0％;由电子结构分析可知,Sc、Ti、V和Zr元素可以加强B与B之间的电子局域化程度,从而增强共价键结合强度,使Cr2B3的硬度升高;Cr2B3的弹性常数、体积弹性模量、剪切模量、杨氏模量以及硬度随着压力的增加而增加,但其硬度仍较低,150?GPa下仅为28.3?GPa,而掺杂V的Cr2B3的硬度在整个压力范围内约为37?GPa.研究结果可为Cr2B3在高压等特殊条件下的应用提供理论参考.