固体与分子经验电子理论在材料研究中的应用.pdfVIP

· 166 · 材料导报 2012年 5月第 26卷专辑 19 固体与分子经验电子理论在材料研究中的应用 孙跃军，李思南，尚 勇，时海芳，赵志伟 (辽宁工程技术大学材料科学与工程学院，阜新 123000) 摘要 介绍了固体与分子经验电子理论(EET)的发展 ，综述 了EET理论在钢、铸铁、钛合金、铝合金、镁合金 等金属材料和陶瓷等材料 中的应用，评述 了价 电子结构对合金 的力学性能、磁性能、相变、熔点等的影响，展望 了 EET理论的应用与发展前景。 关键词 EET 金属材料 陶瓷 电子结构 力学性能 中图分类号 ：N32 Applications of Electron Theory of Solids and Molecules(EET)in Materials SUN Yuej un，LI Sinan，SHANG Yong，SHI Haifang，ZHAO Zhiwei (School of Materials Science and Engineering，Liaoning Technical University，Fuxin 123000) Abstract The development of empirical electron theory of solids and molecules(EET)is introduced．Its appli— cations in materials such as steel，cast iron，titanium alloy，aluminum alloy，magnesium aloy，and cermets are sum— marized detailedly．The effects of electronic structures on mechanical properties，magnetic properties，phase transfor— mation，melting temperature are also summarized．At last，the future applications of EET are suggested． Key words EET，metal materials，cermet，electronic structure，mechanical property 0 引言 1 余氏理论在材料科学中的应用 1987年，余瑞璜教授[1 在能带论和 I ．Pauling的金属键 理论的基础上，提出固体与分子经验电子理论(EET)，即余 氏理论。这个理论以确定晶体内各类原子的杂化状态为基 础，描述晶体的价电子结构。原子的杂化状态给定了原子共 价电子数、晶格电子数、磁电子数、亚对电子数等，由此可确 定已知晶体中的键络，利用键距差法(BLD)确定键络上的电 子分布及原子所处的状态 ，EET把原子所处状态及相应的电 子分布定义为固体或分子的价电子结构。 余氏理论中原子状态的确定采用特征参量定态法，根据 所有原子半径都大于0．05nm这一事实，选取理论键距和实 际键距之差l AD c d0．005rim作为BLD分析的判据。在一 级近似下从理论上确定晶体中原子可能出现的杂化状态，实 际原子所处状态还需用磁矩、导电性等特征参量进一步确 定，因而在处理原子定态问题时遇到一定的困难。针对这一 问题，刘志林教授口 依据“宏观物理量应是微观状态统计值” 的思想，提出了价电子结构参数统计值的计算方法，解决了 原子定状态困难的问题，研究结果与实际符合很好。其他学 者_3“ 应用统计值的方法进行研究，获得了满意的结果。 由于解决了材料计算研究中的一些关键问题，EET理论 在金属材料和陶瓷材料等研究领域中得到了广泛应用，主要 涉及相变、结合能、熔点、力学性能研究、材料的设计与开发 等具体内容，本文将分别加以介绍。 1．1 在钢铁材料中的应用 余氏理论在钢铁材料中的应用主要涉及相价电子结构、 相变动力学、材料力学性能计算等。 张瑞林等[5 首次给出了Fe—C马氏体的价电子结构及计 算方法，提出马氏体是由含碳价电子结构单元和不含碳价电 子结构单元两者混乱分布构成的晶体，从电子结构层次阐明 了马氏体硬度随含碳量增加而提高的本质原理。 余瑞璜等 j币U用固体与分子经验电子理论，计算了Fe c 的价电子结构，发现 Fe。C既硬又脆的特性主要源于键的强 度和共价电子(键络)分布的不均匀性。 I iu Yan等l7]基于 EET及改进的 TFD理论，计算了热 做工具钢 4cr3Mo2NbVNi回火产物 Mo2C和 V4c3的电子 结构及其异相界面电子结构，分析了 Mo C和 V C。对热作 工具钢力学性能的影响，揭示了碳化物的相电子结构和异相 界面