超硬材料bc-BnCN(n=1,2,4)的弹性、硬度及其各向异性

摘要：

本文基于密度泛函理论的第一性原理,分别运用平面波超软赝势和模守恒赝势,选用局域密度近似(LDA)和广义梯度近似(GGA)势场计算了所选3种结构bc-BnCN (n=1,2,4)的弹性和硬度,并分析了它们的弹性各向异性和塑性各向异性各自的差异.结果表明,3种结构在热学和力学上均稳定.能量计算结果显示,B含量最低的bc-BCN形成焓和结合能绝对值最大,结构最稳定,起因于它含有较多能量相对较低的B-N,B-C,C-N键及最少的B-B键.该3种晶体的弹性模量和硬度分析表明,随着B原子数的增多,弹性模量和硬度逐渐减小.根据对普适弹性各向异性指数AU,弹性模量各向异性分数比AB,AG,以及剪切模量各向异性因子A1,A2和A3的计算,分析了3种结构的弹性各向异性,结果表明bc-BCN具有优于c-BN的各向异性性能.通过对这3种结构进行拉伸和剪切模拟得到理想应力-应变曲线,发现其形变过程也呈现出各向异性,指明了不同结构的易屈服面及滑移方向且bc-BCN是3种bc-BnCN (n=1,2,4)中最易合成和最适合应用的超硬材料.

关键词：第一性原理、弹性、硬度、各向异性

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资助基金：国家重点基础研究发展规划编号:2009CB724100和国家自然科学基金批准号:11221062,11452002资助项目

在线出版日期：2016-06-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

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