硫族MAX相硼化物的物相稳定性和性能预测

作者：张宇晨; 陆知遥; 赫晓东; 宋广平; 朱春城; 郑永挺; 柏跃磊^*

来源：无机材料学报, 2023, 1-13.

• 第一性原理
• MAX相硼化物
• 物相稳定性
• 力学行为
• 热学性能

Zr2SB、Hf2SB、Zr2SeB、Hf2SeB、Hf2TeB都是近期发现的硫族MAX相硼化物，由于MAX相硼化物与典型MAX相有明显不同的性质，因此备受人们关注。本文采用第一性原理并结合“线性优化法”、键刚度模型和准简谐近似研究了MAX相硼化物(M = Zr， Hf; A = S， Se， Te) 的物相稳定性、力学性能和热性能。理论分析结果与目前可用的实验结果一致。经热力学和本征稳定性分析后发现只有M2AB是稳定存在的。较短的M-A键与M-B键长使Hf系化合物的键刚度高于Zr系化合物，这也同样导致Hf系化合物的硬度高于Zr系。随着A元素由S到Se再到Te，M-B与M-A键长逐渐增加，键刚度减小导致弹性模量的降低。而且，这些化合物的体积模量决定于其平均化学键刚度。更加重要的是，高kmin/kmax(最弱和最强键的刚度比)显示这些MAX相硼化物不同于传统MAX相， 均呈本征脆性。考虑晶格振动(声子)和电子激发的贡献后计算出的M2AB等压热容及热膨胀系数， 均在300 K以下随温度升高先快速上升然后上升速率逐渐降低，这与其它MAX相类似。较低的键刚度导致Zr系MAX相硼化物的平均线热膨胀系数(TEC)整体上高于Hf系，而且在300～1300 K区间与大部分MAX和MAB相一致。

• 单位
  哈尔滨师范大学; 哈尔滨工业大学