第一性原理研究掺杂过渡元素对碳化钨性能的影响

王旭飞^1,2，崔红^1,2，刘菊蓉^1,2，熊丽红³

1. 陕西理工大学机械工程学院2. 陕西省工业自动化重点实验室3. 秦川集团汉江工具有限责任公司

摘 要：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A₀.₂5W_0.75C（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,Ti_0.25W_0.75C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Mn_0.25W_0.75C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15.74²2.25nm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。

关键词：碳化钨;掺杂;过渡元素;第一性原理;