TiZr合金相变、弹性和热力学性质的第一性原理计算

利用第一性原理密度泛函理论研究了等原子比TiZr合金的结构转变、压力依赖的弹性行为、声子和热力学性质。我们计算的α相和ω相的晶格参数和状态方程，以及α→ω→β的相变序列与实验吻合良好。α相和ω相的弹性常数表明它们在力学上是稳定的。然而，对于立方β相，它在零压下力学不稳定，预测其力学稳定性的临界压力等于2.19 GPa。我们发现，TiZr合金三个相的模量、弹性声速和德拜温度均随压力增加。较大的B/G值表明TiZr合金具有相当的延展性，并且其延展性比元素Zr更显著，尤其是在β相中。在约10 GPa发生α→ω相变时，弹性波速和德拜温度出现突然增加的行为，而在更高压力下发生ω→β相变时则表现出突然减小的特征。通过Mulliken布居分析，我们阐明了d带占据数的增加将稳定立方β相。首次给出了TiZr合金三个相的声子色散，β相的声子清楚地表明其在环境条件下具有动力学不稳定性。通过准谐近似和德拜模型获得了吉布斯自由能、熵和热容等热力学性质。