彭传庚, 魏笑蕾, 陈　乐, 徐建平, 李　健

(西安石油大学材料科学与工程学院，陕西　西安　710065)



高压下四方和立方晶格Al3Ti的相稳定性理论研究*

彭传庚, 魏笑蕾, 陈乐, 徐建平, 李健

(西安石油大学材料科学与工程学院，陕西西安710065)

采用密度泛函理论(DFT)计算方法，分别考察了高压(0～40 GPa)下D022四方晶格和L12立方晶格Al3Ti的形成能和相稳定性。采用三种交换关联泛函，对优化后的平衡结构及其形成能进行计算，计算结果表明：在0 GPa下D022-Al3Ti的形成能小于L12-Al3Ti，即常压下D022晶格结构在热力学上更加稳定；然而，随着外压升高，L12和D022晶格之间形成能的差值不断降低，当压强高于20～30 GPa后，L12-Al3Ti的形成能反而小于D022-Al3Ti的形成能，这说明在高压下(>20～30 GPa)，L12晶格结构反而在热力学上更加稳定。据此可知，当压强升高至20～30 GPa时，Al3Ti将发生从D022晶格转变为L12晶格的高压相变。

第一性原理计算；相稳定性；高压

铝-钛金属间化合物Al3Ti具有许多优良性能，比如：低密度(～3.3 g/cm3), 高熔点(～1623 K), 良好的抗氧化性, 高硬度以及较高的弹性模[1-2]。尽管具有很多优点，但体相Al3Ti具有D022四方晶体结构(空间群 I4/MMM)[1-2]，塑韧性很差。近年来，许多研究表明：向Al3Ti中添加第三元素，尤其是过渡族元素，例如：Fe、 Mn、Cr、Co等，能够促进Al3Ti从D022四方晶格变为L12立方晶格，从而提高其塑韧性。

除了添加第三元素能够促进Al3Ti的L12结构转变，压强应该也会影响Al3Ti晶体结构的稳定性，但这方面的研究较少。使用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算方法，从理论上可以预测高压下材料的晶体结构稳定性[3-4]。本文即采用第一性原理计算方法，对高压下Al3Ti的晶格稳定性进行研究，分别计算和讨论了D022和L12晶格结构Al3Ti在0～40 GPa压强范围内的形成能和相稳定性。