Castep金属间化合物Mg2Pb 的电子结构和弹性性质

第19卷第10期 Vol.19 No.10 中国有色金属学报 2009年10月 The Chinese Journal of Nonferrous Metals Oct. 2009

文章编号：1004-0609(2009)10-1835-05

金属间化合物Mg2Pb的电子结构和弹性性质

段永华，孙 勇，彭明军，鲁 俐，赵如龙

(昆明理工大学 云南省新材料制备与加工重点实验室，昆明 650093)

摘 要：运用第一性原理方法计算了金属间化合物Mg2Pb的电子结构以及弹性性质，并用Voigt-Reuss-Hill方法计算得到Mg2Pb的弹性模量和切变模量。结果表明：Mg和Pb对态密度的贡献主要是Mg的2p轨道和Pb的5d轨道，其次为Mg的3s轨道和Pb的6p轨道，Pb的6s轨道贡献最小；在Mg原子周围有大量的电荷存在，呈典型的金属键特征，Mg、Pb之间存在共用的电荷，有较强的离域性，以共价键形式存在，但交界电荷的畸变不大，故共价键所占比例较少，金属键所占比例较大，Mg2Pb化合物呈半金属性；Mg2Pb的弹性模量和切变模量分别为68.6和27.9 GPa，Pugh经验判据和泊松比均表明Mg2Pb具有脆性。 关键词：第一性原理；Mg2Pb；电子结构；弹性性质 中图分类号：TB331 文献标识码：A

Electronic structure and elastic properties of intermetallics Mg2Pb

DUAN Yong-hua, SUN Yong, PENG Ming-jun, LU Li, ZHAO Ru-long

(Key Lab of Advanced Materials of Yunnan Province, Kunming University of Science and Technology,

Kunming 650093, China)

Abstract: The electronic structure and the elastic properties of Mg2Pb were investigated by the first-principles method. The elastic modulus and shear modulus for Mg2Pb were calculated from the theoretical elastic constants by Voigt-Reuss-Hill averaging scheme. The results show that the major contribution to DOS of Mg and Pb are the 2p orbit of Mg and the 5d orbit of Pb, followed by the 3s orbit of Mg and the 6p orbit of Pb, the 6s orbit of Pb is the smallest one. There are a large number of charges around Mg, it has the characteristics of typical metal bond. Mg and Pb share some charges to form covalent bond, but the distortion of the charge at the junction is little; the proportion of covalent bond is less than the metal bond, Mg2Pb is semimetal. The elastic modulus and shear modulus of Mg2Pb are 68.6 and 27.9 GPa, respectively. Based on Pugh empirical criterions and Poisson’s ratio, Mg2Pb is brittle in nature. Key words: first-principle; Mg2Pb; electronic structure; elastic properties

铅在常温下就会产生回复与再结晶。传统的强化技术[1]如固溶强化、加工应变强化对铅及其合金不适用。因此，为了获得强度和硬度较高的新型铅基合金，满足结构功能一体化的要求，开发制备了一种新型的Mg/Pb合金，它是以金属间化合物为主的材料。由于金属间化合物中不同种类原子的原子间强键合特性导致位错很难运动，使得材料的强度大幅提升[2]。有关金属间化合物键合特征的研究表明[3]，在多数金属间

基金项目：国家自然科学基金资助项目(50871049) 收稿日期：2008-10-21；修订日期：2009-03-14

通信作者：孙 勇，教授；电话：0871-5334093；E-mail: XBYsun@

化合物中，其成键是金属键与共价键的混合。FOX和TABBERNOR[4]的研究证明，在β-NiAl中的键合方式是共价键和金属键共存。YOO和FU[5]采用基于局域密度泛函理论的第一性原理方法对Ni3Al金属间化合物的电子结构计算，所得结果也证明了在金属间化合物存在着具有显著方向性的共价键作用。

国内外对金属间化合物Mg2Pb的电子结构研究较少。van DYKE和HERMAN[6]采用正交平面波赝势法

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