本書運(yùn)用第一原理的CASTEP軟件，對 型TiAl、B2型金屬間化合物（RuAl、YAg、YCu、YIn、YRh、NiAl）的點(diǎn)缺陷結(jié)構(gòu)及其力學(xué)性能，NiAl合金化力學(xué)效應(yīng)，Re、Ru合金化對Ni/Ni3Al相界電子結(jié)構(gòu)的影響進(jìn)行了第一原理研究。

本書內(nèi)容編寫不片面強(qiáng)調(diào)理論深度，注重引導(dǎo)從事材料計(jì)算與設(shè)計(jì)的初學(xué)者在實(shí)際科學(xué)研究中運(yùn)用CASTEP軟件。

隨著現(xiàn)代科技，尤其是計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)的高速發(fā)展，量子力學(xué)第一原理的計(jì)算與仿真等軟件越來越多地應(yīng)用于材料的計(jì)算、仿真與設(shè)計(jì)實(shí)踐。CASTEP軟件是一種基于量子力學(xué)的專門為固體材料科學(xué)研究所設(shè)計(jì)的程序包，采用密度泛函理論（DFT）贗勢平面波方法，能夠很好地探索半導(dǎo)體、陶瓷、金屬、礦物質(zhì)和硅酸鹽等材料的晶體和表面性能，典型的應(yīng)用包括研究材料的表面化學(xué)、結(jié)構(gòu)性質(zhì)、能帶結(jié)構(gòu)、態(tài)密度和光學(xué)性能。

本書以作者最近幾年從事航空材料計(jì)算與設(shè)計(jì)研究工作中，取得的一些研究成果以及研究報(bào)告為基礎(chǔ)，作者經(jīng)過多次與湖南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院的專家研討，廣泛采納本領(lǐng)域?qū)＜业囊庖姡�整理加工而成�?/p>

第一章介紹了CASTEP軟件的基本理論與方法。

第二章采用第一原理贗勢平面波方法揭示了γ型TiAl金屬間化合物摻入Mn有利于改善TiAl的室溫脆性，而摻入Nb，不利于改善TiAl的室溫脆性，并介紹了其電子結(jié)構(gòu)和價(jià)鍵結(jié)構(gòu)特性。

第三章通過對RuAl、YAg、YCu、YIn、YRh與NiAl不同點(diǎn)缺陷結(jié)構(gòu)Cauchy壓力參數(shù)C12-C44和G/B0值的比較，發(fā)現(xiàn)含有點(diǎn)缺陷的實(shí)際合金的室溫塑性RuAl比NiAl好；推測含有點(diǎn)缺陷的實(shí)際YAg、YCu、YIn、YRh多晶材料比無缺陷理想單晶和NiAl多晶材料表現(xiàn)出更好室溫塑性。

第四章解釋了實(shí)驗(yàn)中0.20at%～0.25at%的Fe合金化對NiAl晶體延性的改善很可能源于Fe原子與NiAl晶體中Ni空位間的關(guān)聯(lián)與協(xié)同作用；Ag合金化能改善Ni空位的NiAl多晶材料延性，并且x=0.32at%～0.48at%時(shí)，Ni空位的NiAl多晶延性的提升幅度尤為明顯，這歸因于低濃度Ag的固溶強(qiáng)化與高濃度Ag的富Ag相軟化作用；0.03at%的P可提高NiAl的室溫壓縮塑性，可能是因?yàn)镹i反位協(xié)同占據(jù)Ni原子位的P相互作用。

第五章研究了Ru、Re單獨(dú)合金化以及復(fù)合合金化前后γ-Ni/γ¢-Ni3Al相界的電子與能態(tài)結(jié)構(gòu)。Ru置換γ-Ni/γ¢-Ni3Al相界界面層的Al原子時(shí)，對相界的強(qiáng)化效果最好。Re與Ru在相界區(qū)的復(fù)合合金化，當(dāng)Re與Ru分別占據(jù)共格(002)γ/γ¢原子層鄰近(001)γ原子層上的Ni原子位與(001) γ¢原子層上的Al原子位時(shí)，γ-Ni/γ¢- Ni3Al相界的斷裂強(qiáng)度可進(jìn)一步提高。

由于作者的能力和水平有限，雖謹(jǐn)慎而為，但書中錯(cuò)誤在所難免，懇請廣大同仁和讀者多加批評指正，以便今后不斷改進(jìn)。

作 者

2015年6月

前言
第1章 密度泛函與CASTEP理論方法 1
1.1 引言 1
1.2 多粒子體系的Schrődinger方程 1
1.2.1 非相對論近似 2
1.2.2 Born-Oppenheimer近似 2
1.2.3 軌道近似 3
1.3 密度泛函理論 4
1.3.1 局域密度近似（LDA） 5
1.3.2 自旋極化局域密度近似（LSD） 6
1.3.3 廣義梯度近似（GGA） 6
1.4 CASTEP理論背景及基本原理方法 7
1.4.1 總能量的計(jì)算 7
1.4.2 CASTEP計(jì)算輸出結(jié)果 12
【參考文獻(xiàn)】 13
第2章 γ-TiAl合金Mn、Nb合金化電子結(jié)構(gòu)計(jì)算 17
2.1 引言 17
2.2 γ-TiAl基本物性的計(jì)算與比較研究 18
2.2.1 計(jì)算模型與方法 18
2.2.2 計(jì)算結(jié)果與分析 20
2.3 γ-TiAl的Mn、Nb合金化電子結(jié)構(gòu)計(jì)算 25
2.3.1 計(jì)算模型與方法 25
2.3.2 計(jì)算結(jié)果與分析 26
2.4 結(jié)論 31
【參考文獻(xiàn)】 32
第3章 B2型金屬間化合物基本物性的理論計(jì)算 37
3.1 引言 37
3.2 RuAl點(diǎn)缺陷結(jié)構(gòu)研究 39
3.2.1 計(jì)算模型與方法 39
3.2.2 計(jì)算結(jié)果與分析 42
3.2.3 RuAl點(diǎn)缺陷的組態(tài)結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能 43
3.3 B2-YX（X=Ag、Cu、In、Rh）點(diǎn)缺陷結(jié)構(gòu)計(jì)算 50
3.3.1 計(jì)算模型與方法 50
3.3.2 計(jì)算結(jié)果與分析 52
3.4 結(jié)論 56
【參考文獻(xiàn)】 57
第4章 NiAl合金化力學(xué)效應(yīng)的理論研究 62
4.1 引言 62
4.2 計(jì)算模型與方法 63
4.2.1 計(jì)算模型 63
4.2.2 計(jì)算方法 64
4.3 B2-NiAl晶體的基本物性 65
4.4 B2-NiAl晶體的Fe合金化 66
4.4.1 Fe合金化NiAl晶體的彈性性質(zhì) 66
4.4.2 缺陷NiAl晶體Fe合金化時(shí)的彈性性質(zhì) 69
4.5 B2-NiAl晶體的Ag合金化 72
4.5.1 Ag合金化NiAl晶體的彈性性質(zhì) 72
4.5.2 缺陷NiAl晶體Ag合金化時(shí)的彈性性質(zhì) 74
4.6 B2-NiAl晶體的P合金化 78
4.6.1 P合金化NiAl晶體的彈性性質(zhì) 78
4.6.2 缺陷NiAl晶體P合金化時(shí)的彈性性質(zhì) 81
4.7 結(jié)論 84
4.7.1 B2-NiAl晶體的Fe合金化 84
4.7.2 B2-NiAl晶體的Ag合金化 85
4.7.3 B2-NiAl晶體的P合金化 85
【參考文獻(xiàn)】 86
第5章 Re與Ru合金化對Ni/Ni3Al相界 電子結(jié)構(gòu)影響的第一原理研究 91
5.1 引言 91
5.2 計(jì)算方法與相界模型構(gòu)建 93
5.2.1 計(jì)算方法 93
5.2.2 相界模型構(gòu)建 93
5.3 Ru單獨(dú)合金化 96
5.3.1 合金化模型 96
5.3.2 計(jì)算結(jié)果與討論 96
5.4 Ru與Re復(fù)合合金化 103
5.4.1 合金化模型 103
5.4.2 計(jì)算結(jié)果與討論 103
5.5 結(jié)論 109
【參考文獻(xiàn)】 109