混合稀土阻燃镁合金ZM5表面张力及其对阻燃性能影响研究

氮化硅陶瓷材料具备优良的与高温应用相关的物理及机械性能，如高强度、高的分解温度、良好的抗氧化性能、较低的摩擦系数、微小的蠕变、良好的热震性能以及良好的耐腐蚀性能。在过去的十几年里，氮化硅材料得到了广泛的研究，但该材料的应用一直受到了脆性，尤其是其对缺陷及裂纹的敏感性的限制。为了克服这些不足，在氮化硅材料的制备过程中，通常需要添加稀土金属氧化物作为烧结助剂，以促进晶须状晶粒的发育，改善其机械性能。在过去的实验中，人们观察到稀土金属氧化物添加剂中的阳离子倾向于向晶间薄膜偏析，并且与Si竞争与N的成键，从而有效地阻止氮化硅晶粒的径向生长。因此，弄清基体与掺杂元素之间相互作用机制，有助于指导材料微观结构的设计，提高氮化硅陶瓷材料的综合性能。本文基于第一性原理，初步研究氮化硅晶体的电子结构与光学性质，同时研究了稀土金属元素的掺杂对氮化硅电子结构与光学性质的影响。通过第一性原理计算，对建立的氮化硅晶体模型进行了几何优化，得到的晶格系数跟实验测得的数据吻合，证明了所建模型的合理性。通过对掺杂体系形成能的计算，发现稀土金属元素取代Si位置时得到的掺杂结构能量最低，最稳定，从而确定了合适的掺杂模型。六种稀土金属元素掺杂体系的能带结构相对于晶体氮化硅来说，禁带宽度明显减小，电子更容易跃迁，对体系性质的影响较大，这些现象的产生可通过态密度进行解释。通过对氮化硅晶体以及其稀土金属元素掺杂体系的光学性质的计算分析，得到了它们的介电谱、吸收谱和反射谱与掺杂元素离子半径的关系，呈现出一定的规律。稀土金属元素掺杂体系的介电系数以及介电损耗都有随离子半径增大而减小的趋势；吸收谱有一小段的红移；零频范围内的反射系数随稀土金属元素离子半径的增大而减小，由反射谱计算得到的折射率与实验数据比较吻合，为以后实验的测定提供了支持。