0. 引言

硼化物金屬陶瓷是一種由硼化物陶瓷硬質(zhì)相和金屬黏結(jié)相組成的金屬陶瓷，根據(jù)硼化物組成元素的數(shù)量不同，可分為二元硼化物和三元硼化物兩種金屬陶瓷。二元硼化物存在燒結(jié)性差、脆性大、共價(jià)鍵較強(qiáng)、高溫抗氧化性差等缺點(diǎn)，且易與金屬黏結(jié)相發(fā)生反應(yīng)，難以通過(guò)傳統(tǒng)粉末冶金方法制備成致密的金屬陶瓷材料[1-7]。相比之下，三元硼化物具有良好的燒結(jié)性以及耐高溫、耐磨損、耐腐蝕等優(yōu)異性能，且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，可采用成熟、簡(jiǎn)便的燒結(jié)工藝得到致密的金屬陶瓷[8-10]。自20世紀(jì)80年代首次成功制備出Mo2NiB2、Mo2FeB2、MoCoB等三元硼化物金屬陶瓷以來(lái)[11]，三元硼化物金屬陶瓷便持續(xù)受到學(xué)者們的關(guān)注。

三元硼化物屬于間隙相化合物[12]，存在硼與硼原子形成的共價(jià)鍵以及與金屬原子形成的離子鍵等，這使得三元硼化物金屬陶瓷具有高強(qiáng)度、高耐磨和高耐腐蝕性能。金屬陶瓷中的黏結(jié)相通常為鉻、鎳、釩、鐵等金屬材料，黏結(jié)相的均勻分布可以提高金屬陶瓷的致密程度，有效傳遞應(yīng)力，從而提高金屬陶瓷的強(qiáng)度和韌性。李文虎等[13]在Mo2NiB2金屬陶瓷中摻雜不同含量的鎢粉，采用冷壓成型法和真空液相燒結(jié)法制備金屬陶瓷，隨著鎢含量的增加，金屬陶瓷的斷裂韌性和彎曲強(qiáng)度下降，硬度顯著提高，最高可達(dá)84.2HRA。硬度提高是因?yàn)殒u固溶到陶瓷硬質(zhì)相中，使得陶瓷晶粒發(fā)生一定程度的晶格畸變，從而提高了金屬陶瓷抵抗外力的能力。SHIOTA等[14]在Mo2NiB2金屬陶瓷中同時(shí)摻雜釩和鉻元素，發(fā)現(xiàn)摻雜質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%釩和質(zhì)量分?jǐn)?shù)2.5%鉻后金屬陶瓷的硬度達(dá)到最大，為88.3HRA。TAKAGI等[15-16]研究了添加不同含量鉻和錳元素對(duì)Mo2NiB2金屬陶瓷性能的影響，發(fā)現(xiàn)：隨著鉻含量增加，金屬陶瓷的密度降低，整體性能提高，橫向斷裂強(qiáng)度最大為500MPa；隨著錳含量增加，金屬陶瓷的橫向斷裂強(qiáng)度呈先增大后減小的趨勢(shì)，最大可達(dá)2.5GPa。

上述研究均采用試驗(yàn)方法來(lái)探究金屬陶瓷的性能，試驗(yàn)方法存在易受外界環(huán)境溫度因素影響、操作易產(chǎn)生誤差、試驗(yàn)周期長(zhǎng)、自然資源浪費(fèi)等問(wèn)題，并且難以獲得原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)信息。第一性原理是在量子力學(xué)原理的基礎(chǔ)上，依據(jù)原子核和電子之間的相互作用以及基本運(yùn)動(dòng)規(guī)律，通過(guò)計(jì)算獲得內(nèi)部結(jié)構(gòu)信息的一種方法，與其他模擬方法相比，其精度更高，結(jié)果更精確。目前，利用第一性原理對(duì)激光熔覆[17-20]、等離子噴涂[21-22]等制備的三元硼化物金屬陶瓷涂層力學(xué)性能及三元硼化物的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、電子結(jié)構(gòu)等進(jìn)行模擬計(jì)算的研究越來(lái)越受到關(guān)注。為了給相關(guān)研究人員提供參考，作者介紹了三元硼化物金屬陶瓷的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及性能，對(duì)第一性原理模擬計(jì)算三元硼化物金屬陶瓷性能的研究現(xiàn)狀與進(jìn)展進(jìn)行了綜述，提出了第一性原理在計(jì)算三元硼化物金屬陶瓷性能方面存在的問(wèn)題，并對(duì)未來(lái)的相關(guān)應(yīng)用和發(fā)展方向進(jìn)行了展望。

1. 三元硼化物金屬陶瓷的結(jié)構(gòu)和性能

常見(jiàn)的三元硼化物金屬陶瓷主要包括Mo2NiB2、Mo2FeB2、MoCoB和WCoB金屬陶瓷，其硼化物的晶型結(jié)構(gòu)、空間群分布以及3D模型如表1所示。Mo2FeB2具有空間群NO127四方結(jié)構(gòu)，鉬原子位于四方結(jié)構(gòu)的頂點(diǎn)位置，鐵原子與硼原子位于結(jié)構(gòu)內(nèi)部；MoCoB與WCoB具有空間群NO62正交結(jié)構(gòu)，各原子均在正交結(jié)構(gòu)內(nèi)部均勻分布；Mo2NiB2最特殊，具有空間群NO127四方和NO71正交兩種結(jié)構(gòu)，其中空間群NO71正交結(jié)構(gòu)中的鉬原子分布在結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)位置，鎳原子與硼原子分布在立方體結(jié)構(gòu)的面上。

不同的三元硼化物金屬陶瓷因三元硼化物中摻雜元素種類(lèi)等的不同在結(jié)構(gòu)和性能方面存在差異[26]。當(dāng)三元硼化物中摻雜其他元素時(shí)，其他元素原子會(huì)優(yōu)先替換與自身半徑相近的原子，引起晶格畸變，導(dǎo)致金屬陶瓷的內(nèi)能增加，阻礙位錯(cuò)滑移，從而提高硬度和強(qiáng)度。摻雜元素的離子核外電子和電子結(jié)構(gòu)與取代原子存在差異，會(huì)導(dǎo)致三元硼化物的電子濃度和電負(fù)性發(fā)生變化，電負(fù)性越大，得電子能力越強(qiáng)，則氧化性越強(qiáng)。

通過(guò)改變?cè)咏M成數(shù)量和種類(lèi)，三元硼化物的電子結(jié)構(gòu)和原子布局發(fā)生了改變，導(dǎo)致能帶結(jié)構(gòu)和價(jià)電子密度分布發(fā)生變化，最終影響到不同原子間的成鍵情況和離子化程度。材料特性的差異在微觀(guān)層面表現(xiàn)為結(jié)構(gòu)參數(shù)和構(gòu)型的不同，如晶格常數(shù)、原子位置、鍵長(zhǎng)和鍵角等。這些微觀(guān)層面的變化最終會(huì)反映在材料宏觀(guān)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、力學(xué)穩(wěn)定性、彈性常數(shù)以及熱力學(xué)性能等方面。

2. 第一性原理在性能計(jì)算方面的應(yīng)用

2.1 第一性原理計(jì)算方法

第一性原理是一種利用量子力學(xué)原理，依據(jù)原子核和電子的相互作用和基本運(yùn)動(dòng)規(guī)律，通過(guò)對(duì)相關(guān)方程進(jìn)行處理后近似求解薛定諤方程的算法[27]。廣義上的第一性原理通常包括從頭算和密度泛函理論[28-29]兩種：從頭算是以Hartree-Fock方法的自洽場(chǎng)為基礎(chǔ)的計(jì)算方法；密度泛函理論是在其他理論基礎(chǔ)上逐漸發(fā)展起來(lái)的計(jì)算理論，其優(yōu)勢(shì)在于考慮了電子關(guān)聯(lián)效應(yīng)，采用電子密度來(lái)代替多電子波函數(shù)，極大減少了計(jì)算量，降低了時(shí)間成本。目前，主流使用的密度泛函理論包括局域密度近似和廣義密度近似，這兩種泛函理論在計(jì)算過(guò)程中均會(huì)出現(xiàn)低估材料帶隙誤差的問(wèn)題。基于原有的密度泛函理論框架，研究人員已經(jīng)針對(duì)三元硼化物進(jìn)行了幾何結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)和彈性性能等方面的研究計(jì)算。

第一性原理的計(jì)算步驟通常如下：（1）將計(jì)算所需的4大輸入文件（INCAR、POSCAR、POTCAR、KPOINTS）輸入計(jì)算機(jī)VASP軟件中；（2）建立3D結(jié)構(gòu)模型，并確定截?cái)嗄?、收斂精度和交換關(guān)聯(lián)勢(shì)等相關(guān)計(jì)算參數(shù)；（3）進(jìn)行幾何結(jié)構(gòu)優(yōu)化和能量?jī)?yōu)化，對(duì)電子結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能等進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算內(nèi)容主要包括電子結(jié)構(gòu)中的態(tài)密度、能帶、電荷密度，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，幾何結(jié)構(gòu)優(yōu)化，彈性常數(shù)以及熱力學(xué)性能、堆垛層錯(cuò)能等。通過(guò)上述步驟能夠計(jì)算三元硼化物金屬陶瓷的微觀(guān)結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能，達(dá)到采用試驗(yàn)方法無(wú)法解釋或者預(yù)測(cè)材料特性的目的。

2.2 第一性原理在幾何結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面的應(yīng)用

對(duì)三元硼化物金屬陶瓷的幾何結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行優(yōu)化，使模型結(jié)構(gòu)能量達(dá)到最低，對(duì)于提高材料的穩(wěn)定性和力學(xué)性能非常重要。第一性原理通過(guò)監(jiān)測(cè)體系能量與原子的受力情況來(lái)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。當(dāng)能量的變化小于設(shè)定的閾值，且原子所受的力小于一定容忍值時(shí)，說(shuō)明幾何結(jié)構(gòu)完成優(yōu)化。

LI等[24]利用第一性原理計(jì)算發(fā)現(xiàn)，摻雜釩原子后，Mo2NiB2結(jié)構(gòu)的形成焓降低，釩原子更傾向于替換鎳和鉬原子，使得Mo2NiB2結(jié)構(gòu)由正交轉(zhuǎn)變成四方。這與文獻(xiàn)[30-31]通過(guò)試驗(yàn)得到的結(jié)果一致。WATANABE等[32]在Mo2NiB2結(jié)構(gòu)模型中摻雜鉻元素，建立了Mo2Ni1−xCrxB2（x為物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)/%）結(jié)構(gòu)模型，并利用第一性原理進(jìn)行計(jì)算，發(fā)現(xiàn)：鉻原子占據(jù)了鎳和鉬原子位置，使得陶瓷結(jié)構(gòu)由正交轉(zhuǎn)變?yōu)樗姆?；?dāng)x=0.75時(shí)，晶胞體積達(dá)到最大；基于第一性原理計(jì)算得到的結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果一致。

三元硼化物金屬陶瓷中會(huì)出現(xiàn)堆垛層錯(cuò)這種常見(jiàn)的面缺陷，可以采用第一性原理通過(guò)計(jì)算不同的堆垛層錯(cuò)能來(lái)預(yù)測(cè)其力學(xué)性能。楊俊茹等[33]建立了4種不同的原子堆垛界面模型，研究了α-Fe（001）/Mo2FeB2（001）的界面性能，發(fā)現(xiàn)：在4種堆垛方式中，空心位置的鐵終端界面的性能最穩(wěn)定，裂紋更易在基體相和硬質(zhì)相內(nèi)部產(chǎn)生；頂部位置的Fe+B終端界面的強(qiáng)度和共價(jià)作用均低于鐵終端界面。

目前，利用第一性原理對(duì)幾何結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化的研究主要集中在Mo2NiB2金屬陶瓷上，釩和鉻這兩種元素?fù)诫s對(duì)Mo2NiB2的結(jié)構(gòu)至關(guān)重要。

2.3 第一性原理在電子結(jié)構(gòu)計(jì)算方面的應(yīng)用

第一性原理能從量子力學(xué)層面實(shí)現(xiàn)精確計(jì)算，因此成為分析材料電子結(jié)構(gòu)和預(yù)測(cè)性能的關(guān)鍵理論框架。電子結(jié)構(gòu)作為描述原子內(nèi)部信息的要素，對(duì)揭示材料性能至關(guān)重要。局域密度近似和廣義密度近似這2種泛函近似方法都能夠校正三元硼化物內(nèi)部的電子間交換關(guān)聯(lián)能，并計(jì)算得到原子態(tài)密度、能帶以及電荷密度等電子結(jié)構(gòu)信息。通過(guò)分析這些信息，能夠明確成鍵電子的貢獻(xiàn)來(lái)源、原子之間的成鍵方式和離子化程度，進(jìn)而掌握金屬陶瓷的延展性、硬度和磁性等性能變化情況。

摻雜過(guò)渡金屬元素如鉻、錳、鎳等可替換WCoB、Mo2FeB2等三元硼化物中的鈷、鐵元素，使得其內(nèi)部原子形成不同的價(jià)鍵，從而獲得更好的性能。ZHANG等[25，34-37]利用第一性原理計(jì)算得到：摻雜鉻后，WCoB中的硼原子會(huì)優(yōu)先與價(jià)電子數(shù)較多的鉻原子形成共價(jià)鍵，再與其他原子軌道發(fā)生雜化反應(yīng)，從而提高材料的延展性和硬度；當(dāng)施加的壓力大于140GPa后，陶瓷的晶胞體積減小，鉻原子與硼原子之間形成共價(jià)鍵，使得材料的硬度降低；隨著錳摻雜量的增加，WCoB電子結(jié)構(gòu)的布居數(shù)呈增加趨勢(shì)，表現(xiàn)為W―Mn金屬鍵和B―Mn共價(jià)鍵的強(qiáng)度減弱，從而導(dǎo)致WCoB的硬度下降，當(dāng)鈷原子完全被錳原子取代后，力學(xué)性能才有所提高。

WANG等[38]通過(guò)第一性原理泛函理論和超聲偽勢(shì)計(jì)算了Mo2FeB2在非磁性、鐵磁性和反鐵磁性條件下的電子結(jié)構(gòu)信息和磁性狀況，發(fā)現(xiàn)：鉬原子攜帶的正電荷比鐵原子多，更容易轉(zhuǎn)移電子，使得硼原子價(jià)電子增多并重新排列；依賴(lài)鐵原子d軌道的強(qiáng)帶內(nèi)交換作用，在鐵磁性和反鐵磁性條件下，Mo2FeB2的磁性主要來(lái)源于鐵原子的自旋極化；B―B共價(jià)鍵強(qiáng)度在反鐵磁性條件下達(dá)到最高，鍵長(zhǎng)在非磁性條件下達(dá)到最長(zhǎng)；在反鐵磁性條件下，Mo2FeB2的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性增加，體積模量下降，剪切模量和彈性模量提高。

LIN等[39]基于密度泛函理論和劍橋系列能量包平面波編碼，計(jì)算了錳、鉻和鎳合金元素?fù)诫s對(duì)Mo2FeB2電子結(jié)構(gòu)和電荷密度差的影響，發(fā)現(xiàn)：摻雜的鉻、錳原子會(huì)與硼原子形成共價(jià)鍵，從而提高彈性模量；鉻、錳原子會(huì)與鐵、鉬原子形成金屬鍵，削弱剪切模量；在錳、鉻和鎳原子替換鐵原子時(shí)，鎳原子與鉬原子形成的金屬鍵最強(qiáng)，鉻原子與鉬原子形成的化學(xué)鍵最弱；在錳、鉻和鎳原子替換鉬原子時(shí)，鉻原子和鎳原子的電荷分布呈橢圓形，這兩種原子與硼原子之間存在較多電子，而錳原子的電子分布較為均勻，說(shuō)明摻雜錳元素后Mo2FeB2的晶體結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定。

在電子結(jié)構(gòu)計(jì)算方面，第一性原理主要通過(guò)計(jì)算態(tài)密度、能帶和電荷密度差來(lái)獲得三元硼化物金屬陶瓷的性能。目前，這方面的計(jì)算分析主要集中在每個(gè)原子之間成鍵的種類(lèi)、原子周?chē)娮訌?qiáng)度以及貢獻(xiàn)值等，后續(xù)可以從磁性方面進(jìn)行更深入的研究。

2.4 第一性原理在穩(wěn)定性計(jì)算方面的應(yīng)用

材料的穩(wěn)定性包括結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和熱力學(xué)穩(wěn)定性。通過(guò)計(jì)算結(jié)構(gòu)的熱力學(xué)特性，如形成焓、內(nèi)聚能、形成能等參數(shù)能夠進(jìn)一步分析材料在形成過(guò)程中的穩(wěn)定性。

LI等[24]利用第一性原理計(jì)算了摻雜釩元素的Mo2NiB2的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，發(fā)現(xiàn)當(dāng)摻雜釩原子分?jǐn)?shù)達(dá)15%時(shí)，0eV處的費(fèi)米能級(jí)最低，原子間結(jié)合力最大，硬度最高，四方結(jié)構(gòu)最穩(wěn)定。WANG等[40]通過(guò)模擬計(jì)算了不同鉻、鎳摻雜量對(duì)Mo2FeB2結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響，結(jié)果表明鉻和鎳的摻雜均提高了結(jié)構(gòu)的形成能，形成能隨著兩種原子摻雜量的增加而增大，但鉻元素?fù)诫s對(duì)形成能的影響更小，鉻摻雜后的四方晶體結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。

JIAN等[23]利用第一性原理計(jì)算了Mo2FeB2、T-Mo2NiB2（四方晶系）、O-Mo2NiB2（正交晶系）的內(nèi)聚能和形成焓，發(fā)現(xiàn)：Mo2FeB2的內(nèi)聚能和形成焓最小，T-Mo2NiB2的內(nèi)聚能和形成焓最大，由此推斷Mo2FeB2的穩(wěn)定性最高，T-Mo2NiB2的穩(wěn)定性最低；晶體穩(wěn)定性與組成元素和晶體結(jié)構(gòu)有關(guān)。

LIN等[39]利用第一性原理計(jì)算了鉻、鎳、錳3種元素?fù)诫sMo2FeB2晶體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，發(fā)現(xiàn)：摻雜元素會(huì)破壞Mo2FeB2的原有結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致內(nèi)聚能較大，但是對(duì)整體性能的影響較小；摻雜原子替換鉬原子與替換鐵原子時(shí)Mo2FeB2晶體的內(nèi)聚能不同，前者大于后者，說(shuō)明后者的穩(wěn)定性更好；當(dāng)占據(jù)鐵原子位置的為鎳原子時(shí)Mo2FeB2晶體的內(nèi)聚能最小，鎳摻雜的穩(wěn)定性最佳；當(dāng)摻雜原子占據(jù)鐵原子位置時(shí)，晶體穩(wěn)定性從高到低排序依次為鎳、錳、鉻摻雜。上述利用第一性原理計(jì)算得到的結(jié)果與文獻(xiàn)[41-42]的試驗(yàn)結(jié)果吻合。

ZHANG等[35]利用第一性原理計(jì)算了鉻摻雜WCoB和W2CoB2的內(nèi)聚能和生成焓，發(fā)現(xiàn)：這2種三元硼化物的內(nèi)聚能和生成焓均為負(fù)值，熱力學(xué)性能穩(wěn)定；隨著鉻摻雜量的增大，結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定；由于鉻原子半徑比鈷原子半徑大，摻雜鉻后晶胞體積明顯增大。

目前，在WCoB和MoCoB的穩(wěn)定性計(jì)算方面，相關(guān)研究還不夠深入，后續(xù)需對(duì)更多種類(lèi)的元素?fù)诫s進(jìn)行更詳細(xì)的計(jì)算。

2.5 第一性原理在彈性性能計(jì)算方面的應(yīng)用

彈性常數(shù)表征材料抵抗變形的能力，反映了晶體對(duì)外加應(yīng)變響應(yīng)的剛度?；诘谝恍栽碛?jì)算得到材料的彈性常數(shù)后，可再根據(jù)Hill近似和、泊松比公式以及彈性模量公式進(jìn)一步計(jì)算材料的彈性性能。

WANG等[43]利用第一性原理計(jì)算了在0，50，100GPa壓力下Mo2FeB2的力學(xué)性能，結(jié)果表明隨著壓力增大，彈性模量、剪切模量和泊松比均增大，硬度和塑性提高。LIN等[39]利用第一性原理分別計(jì)算了鉻、鎳、錳3種原子替換鉬和鐵原子后Mo2FeB2的彈性常數(shù)，發(fā)現(xiàn)：鉻和錳原子替換鐵原子后，Mo2FeB2的剪切模量和彈性模量增加，體積模量減小，而鉻、鎳、錳3種原子替換鉬原子以及鎳原子替換鐵原子后的計(jì)算結(jié)果相反；鎳原子的添加可以改善黏結(jié)相的微觀(guān)結(jié)構(gòu)，提高材料的塑性。

KE等[44-45]利用第一性原理計(jì)算和液相反應(yīng)燒結(jié)試驗(yàn)，研究了鎢硼原子比和鈷含量對(duì)WCoB-TiC陶瓷硬度和橫向斷裂強(qiáng)度的影響，結(jié)果表明：該陶瓷良好的力學(xué)性能主要源于B—B共價(jià)鍵；當(dāng)鎢硼原子比為0.6時(shí)，陶瓷硬度最大，為（92.3±0.3）HRA，當(dāng)鎢硼原子比為0.5時(shí)，橫向斷裂強(qiáng)度最大，為（854±30）MPa。

ZHANG等[37]通過(guò)第一性原理計(jì)算了摻雜不同含量錳WCoB的力學(xué)性能，發(fā)現(xiàn)隨著錳含量的增加，平均布居數(shù)減小，晶體的共價(jià)特性降低，體積模量和剪切模量均下降，這是因?yàn)榕鹪优c錳原子的共價(jià)鍵強(qiáng)度較弱。YANG等[46]利用第一性原理按照MIIBx（x=1，2，物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)/%）模型計(jì)算了26種三元硼化物的彈性性能，發(fā)現(xiàn)這些硼化物的結(jié)構(gòu)均穩(wěn)定，其中Ta2FeB2、Mo2MnB2、Nb2CrB2、Nb2FeB2和Ti2ReB2的延展性和硬度低于WC。XU等[47]利用第一性原理計(jì)算了不同壓力下MoCoB和WCoB的彈性性能，發(fā)現(xiàn)隨著壓力的增加，彈性各向異性指數(shù)、彈性常數(shù)增大，當(dāng)壓力為50GPa時(shí)，MoCoB的彈性各向異性指數(shù)最大，為0.29。

在彈性性能計(jì)算方面，第一性原理主要通過(guò)計(jì)算彈性常數(shù)，并根據(jù)泊松比公式和彈性模量公式來(lái)推算材料的硬度、脆韌性以及彈性各向異性指數(shù)。摻雜元素的種類(lèi)和摻雜量對(duì)三元硼化物彈性性能的影響較大，對(duì)于Mo2FeB2金屬陶瓷，錳原子摻雜對(duì)Mo2FeB2硬度和橫向斷裂強(qiáng)度的提升效果較好，鎳原子則更有利于改善黏結(jié)相的微觀(guān)結(jié)構(gòu)，提高塑性。

3. 結(jié)束語(yǔ)

第一性原理計(jì)算在探究三元硼化物金屬陶瓷的物理性質(zhì)與力學(xué)性能等方面發(fā)揮著重要作用，彌補(bǔ)了單純依靠試驗(yàn)研究的不足，豐富了研究方法的多樣性。利用第一性原理計(jì)算三元硼化物的電子結(jié)構(gòu)，如態(tài)密度、能帶以及電荷密度等，能夠明確各原子的主要貢獻(xiàn)值以及原子間的鍵合強(qiáng)度。通過(guò)改變摻雜原子數(shù)量、種類(lèi)以及外界壓力等條件，對(duì)三元硼化物的形成焓、內(nèi)聚能及彈性常數(shù)（如剪切模量、彈性模量）等進(jìn)行計(jì)算，能夠預(yù)先評(píng)估三元硼化物金屬陶瓷的熱力學(xué)和力學(xué)性能。這種計(jì)算方式不僅節(jié)約了時(shí)間成本，減少了資源消耗，還能在有限時(shí)間內(nèi)通過(guò)研究不同元素?fù)诫s及元素比例對(duì)三元硼化物的影響，篩選出性能最佳的復(fù)合陶瓷組成，為后續(xù)的工程應(yīng)用提供參考。

目前，關(guān)于第一性原理計(jì)算三元硼化物金屬陶瓷性能的研究主要集中在Mo2NiB2、WCoB和Mo2FeB2等金屬陶瓷上，對(duì)在船舶零部件制造等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的MoCoB金屬陶瓷研究較少，并且第一性原理計(jì)算在化學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用尚未展開(kāi)，難以從化學(xué)層面深入理解材料性能。未來(lái)研究可從以下幾個(gè)方面展開(kāi)：（1）利用第一性原理計(jì)算MoCoB金屬陶瓷在不同摻雜元素、摻雜量以及外界條件下的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、電子結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能和熱力學(xué)性能，建立完善的材料性能數(shù)據(jù)庫(kù)；（2）基于第一性原理開(kāi)展金屬陶瓷化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的理論模擬與元素?cái)U(kuò)散機(jī)制研究；（3）加強(qiáng)多尺度模擬與試驗(yàn)的結(jié)合，相互驗(yàn)證計(jì)算與試驗(yàn)結(jié)果，構(gòu)建更全面、準(zhǔn)確的材料性能預(yù)測(cè)模型。

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