超硬B-C-N化合物晶体和电子结构的第一性原理研究

人工晶体学报, 2013, 42(6): 1181-1186.

超硬B-C-N化合物晶体和电子结构的第一性原理研究

张旭昀 ^1, , 张正江 ^2, , 孙丽丽 ^3, , 王勇 ^4, , 刘勇 ^5,

1.东北石油大学材料系,大庆163318

2.东北石油大学材料系,大庆163318

3.东北石油大学材料系,大庆163318

4.东北石油大学材料系,大庆163318

5.哈尔滨工业大学材料科学与工程学院,哈尔滨150001

基金项目: 国家科技支撑计划课题(2012BAH28F03):2012年黑龙江省研究生创新科研项目(YJSCX2012-060HLJ)

关键词：超硬材料 , 三元化合物 , 维氏硬度 , BC2N

First-Principles Calculations on Crystal and Electronic Structures of B-C-N Superhard Compounds

ZHANG Xu-yun ^1, , ZHANG Zheng-jiang ^2, , SUN Li-li ^3, , WANG Yong ^4, , LIU Yong ^5,

1.东北石油大学材料系,大庆163318

2.东北石油大学材料系,大庆163318

3.东北石油大学材料系,大庆163318

4.东北石油大学材料系,大庆163318

5.哈尔滨工业大学材料科学与工程学院,哈尔滨150001

Keywords： superhard material , ternary compounds , Vickness hardness , BC2N

基于第一性原理,利用密度泛函理论(DFT)在广义梯度近似(GGA)下的从头计算平面波超软赝势方法,从超硬材料BeCN2的结构(I-42d)出发,设计了B-C-N三元化合物,计算了弹性常数、声子谱、态密度、理论维氏硬度和高压下的物性变化.结果表明:四方结构B-C-N三元化合物有B2CN、BC2N和BCN2三种不同晶胞,其中BC2N力学稳定性和动力学稳定性较好.BC2N体积模量高达338 GPa,晶体结构中存在金属键,具有很强的共价键.BC2N的维氏硬度为49.0 GPa,属于超硬材料.压缩率低于超硬材料cg-CN,杨氏模量、体积模量、剪切模量和泊松系数均随外压的增大而增大,反映出结构的刚性、抗横向、切向及纵向形变能力增强.

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