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MAX或类MAX相层状材料表现出优异的金属-陶瓷双重特性,作为高温结构材料使用。其中,Zr-Al-C系纳米层状材料陶瓷表现出优异的性能,近年来受到广泛关注。本文以高温热结构材料应用为背景,选择Zr-Al-C体系MAX材料中的211相(Zr2AlC)、312 相(Zr3AlC2)以及类 MAX 相体系(ZrC)nAl3C2(n=2,3,4)和(ZrC)- nAl4C3(n=1,2,3)为研究对象,采用第一性原理平面波赝势方法,研究材料在高压下的结构、弹性和电子性质,并以211相和312相为例,对M2AlC(M=Zr、Ti、Hf)和M3AlC2(M=Zr、Ti)进行对比研究。对于更复杂的(ZrC)nAl3C2(n=2,3,4)和(ZrC)nAl4C3(n=1,2,3)体系,从晶体结构、弹性性质和电子质等方面探寻了其规律性。主要研究结果如下:1.高压下对晶体进行结构优化,得到Zr2AlC、Zr3AlC2、M2AlC(M=Zr、Ti、 Hf)和M3AlC2(M=Zr、Ti)晶格常数以及原胞体积参数,同时计算其弹性性质,结果与实验数据吻合良好。研究发现这些晶体在所研究的压力范围内均可以稳定存在且都具有各向异性;在压力影响下结构更复杂的312相晶格参数、弹性常数、弹性模量及态密度均受压力影响更大;211相M2AlC(M=Zr、Ti、Hf)及312相M3AlC2(M=Zr、Ti)均满足当M=Zr时各参数受压力影响最小。2.分别研究了 Zr2Al3C4、Zr3Al3C5、Zr4Al3C6、ZrAl4C4、Zr2Al4C5 和 Zr3Al4C6六种晶体,发现这六种晶体根据组成单元可以分成(ZrC)nAl3C2(n=2,3,4)和(ZrC)-nAl4C3(n=2,3)两种体系。本文将这六种晶体结构优化,得到晶格常数以及原胞体积,同时计算其弹性性质,计算结果与实验数据吻合良好。研究发现其体模量B、剪切模量G、杨氏模量E的大小关系满足:Al4C3<ZrAl4C4<Zr2Al4C5<Zr3Al4C6<Zr2Al3C4<Zr3Al3C5<Zr4A13C6<ZrC3.分别从态密度和布局分析得到了Zr2AlC、Zr3AlC2、Zr2Al3C4、Zr3Al3C5、Zr4Al3C6,ZrAl4C4、Zr2Al4C5和Zr3Al4C6八种物质均同时具有金属性、共价性和离子性。