过渡元素改善B4C/Al材料界面润湿性的机理研究

作者：王治璇; 李丘林; 郑继云; 刘伟; 束国刚; 吴平; 徐贲

来源：稀有金属材料与工程, 2017, 46(9): 2345-2351.

• 碳化硼铝基复合材料
• 密度泛函理论
• 润湿性
• 粘附功
• 偏态密度

B4C/Al复合材料是目前最理想的中子吸收材料,但工业上常用的液态搅拌法制备过程中存在着界面润湿性差的问题.结合实验及第一性原理的方法,通过研究Al(111)/AlB2(0001)和Al(111)/TiB2(0001)界面的结构来分析工业上添加过渡元素Ti对B4C/Al界面润湿性的改善机制.通过计算发现,Al(111)/TiB2(0001)界面相对Al(111)/AlB2(0001)界面具有更高的粘附功值,说明其界面结合更强.进一步对比Ti掺杂二硼化物和A1B2的偏态密度结构,发现Ti掺杂体具有较低的反键态,表明Ti-3d和B-2p轨道电子杂化后,在B、Ti原子间形成了较强的化学键,从而促进了Al(111)/TiB2(0001)界面处的强结合作用,提高了Al(111)/TiB2(0001)界面粘附功,故而改善了B4C/Al界面的润湿性.根据同样的理论依据,V掺杂体也具有较低的反键态,V和B之间的强结合效果或许能够改善B4C/A1界面的润湿性,成为又一理想的溶体改性掺杂元素.

• 单位
  中国核电工程有限公司; 清华大学深圳研究生院; 清华大学