几种新型稀土金属间化合物中位错性质的高压效应

New rare earth intermetallics are some kinds of high-temperature and high-pressure resistant structural materials applied in the aerospace and aerospace fields. The ductility of these materials is the key which can restrict their applications, while the dislocations are considered as the crucial factors that strong dominate the ductility of these intermetallics. Based on density functional theory calculations and dislocation lattice theory, stress-induced dislocation properties change as a breakthrough point, the aim of the work in this project is theoretically to calculate the evolution laws of dislocation structure parameters of Al-RE, Mg-RE, Ag-RE, Cu-RE intermetallics along with the pressure change, including lattice parameters, elastic parameter and generalized stacking fault energy, etc. Thereafter, according to the structure and dislocation characteristics of rare earth intermetallic compound, the mathematical models of dislocation equation coefficient are naturally established. Additionally, the dislocation core structure parameters and the Peierls stress of B2-structure rare earth intermetallics are determined on the basis of the dislocation lattice theory, and then the evolution patterns and transition mechanism of stress-induced dislocations are well obtained. It is revealed that a design method and improvement can be provided to predict the stability and ductility of new B2-structure rare earth intermetallics through this project.

稀土金属间化合物是一类航空、航天领域应用的极具潜力的抗高温高压的结构材料。这类材料的延展性是制约其应用的关键，位错被认为是决定金属间化合物延展性的重要因素之一。本项目基于密度泛函理论和位错晶格理论，以应力诱导位错性质改变为切入点，理论计算新型稀土金属间化合物AlRE、MgRE、AgRE、CuRE(RE代表稀土元素)等的位错结构参量随压强演变规律（包括晶格参数、弹性参量及广义层错能等），根据稀土金属间化合物的结构和位错特征，建立确定位错方程系数的数学模型；并基于位错晶格理论解析出稀土金属间化合物的位错芯结构参数及Peierls应力，从而构建应力诱导作用下位错性质的演变模型及转变机制。这对预测高压下稀土金属间化合物的稳定性、改善其延展性提供新的方法和途径。

B2 结构稀土金属间化合物（RM）和传统的B2结构金属间化合物(如NiAl等)具有相同的晶体结构，却因为含有稀土元素而表现出良好的延展性。通常情况下，制约 B2 结构稀土金属间化合物延展性的关键因素是其内部的位错组态及性质，而压强导致是位错组态及性质改变的重要因素。本项目结合密度泛函理论和位错晶格理论研究了不同压强下B2结构的稀土金属间化合物AlSc、MgSc的位错性质，预测它们的高压稳定性，并寻找压强对材料位错性质影响的一般规律。经过项目组成员历经三年的努力，取得的主要成果有：1、明瞭了B2结构的稀土金属间化合物位错性质与压强变化的关系，确定了研究在不同压强下位错性质的截断近似方法；2、 结合第一性原理计算的不同压强下的广义层错能，在准谐近似下确定了广义层错能随压强变化的计算方案；3、在计算过程中，找到不同材料的相变压强，给出了一套确定相变压强的方案；4、建立了研究不同压强下位错性质的基本方程，给出了位错方程中相关物理常数和物理量的第一性原理计算方案，包含压强效应的位错基本方程的建立是位错理论的新突破；5、 具体研究了B2结构 AlSc、MgSc的广义层错能随压强的变化的关系，研究了 AlSc（110）密排面的分解位错，获得了位错芯结构、位错分解宽度、Peierls 应力和 Peierls 势垒。. 通过基金委对本项目的资助，项目负责人得以迅速成长（获得了中国博后基金第62批面上项目的二等资助），形成了具有自身特色的研究队伍，解决了长期以来不能纯理论分析高压下位错性质的局限性（以前高压下的广义层错能都是通过实验测得），完成了预期的目标。本项目资助共发表SCI论文6篇，协助陪养硕士毕业生3人（龚安、程洁菲、闫东芝）、在读硕士生1人（穆长龙）。