过渡元素改善B₄C/Al材料界面润湿性的机理研究（英文）

王治璇¹，李丘林²，郑继云²，刘伟¹，束国刚³，吴平⁴，徐贲¹

1. 清华大学2. 清华大学深圳研究生院3. 中广核工程有限公司核电安全监控技术与装备国家重点实验室4. 新加坡科技设计大学

摘 要：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AlB₂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/Al界面的润湿性,成为又一理想的溶体改性掺杂元素。

关键词：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;