Systematic study on the electronic structure and mechanical properties of X₂BC (X = Mo, Ti, V, Zr, Nb, Hf, Ta and W)

Abstract

In this work the electronic structure and mechanical properties of the phases X(2)BC with X =Ti, V, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W (Mo(2)BC-prototype) were studied using ab initio calculations. As the valence electron concentration (VEC) per atom is increased by substitution of the transition metal X, the six very strong bonds between the transition metal and the carbon shift to lower energies relative to the Fermi level, thereby increasing the bulk modulus to values of up to 350 GPa, which corresponds to 93% of the value reported for c-BN. Systems with higher VEC appear to be ductile as inferred from both the more positive Cauchy pressure and the larger value of the bulk to shear modulus ratio (B/G). The more ductile behavior is a result of the more delocalized interatomic interactions due to larger orbital overlap in smaller unit cells. The calculated phase stabilities show an increasing trend as the VEC is decreased. This rather unusual combination of high stiffness and moderate ductility renders X(2)BC compounds with X = Ta, Mo and W as promising candidates for protection of cutting and forming tools.

Электронные и механические свойства, фазовая стабильность и энергии образования точечных дефектов боронитрида Nb-=SUB=-2-=/SUB=-BN

“…1−3. Можно видеть, что полученные данные для боронитрида Nb 2 BN и борокарбида Mo 2 BC полностью соответствуют имеющимся экспериментальным резуль-татам [1,12], а также теоретическим расчетам [7,8]. Кро-ме того, из значения V была рассчитана теоретическая плотность ρ для Nb 2 BN и Mo 2 BC (табл.…”

“…П р и м е ч а н и е. В скобках приводятся имеющиеся экспериментальные [9,13] и теоретические [7,8] П р и м е ч а н и е. В скобках приводятся имеющиеся экспериментальные данные [9,13]. и −0.52 eV/atom соответственно) c орторомбической структурой типа CrB [17].…”

“…и −0.52 eV/atom соответственно) c орторомбической структурой типа CrB [17]. Сделанный вывод об устой-чивости Mo 2 BC также подтверждается оценкой соот-ветствующей E form , сделанной в работе [8], в которой борокарбид рассчитывался методом VASP-GGA.…”

“…Для использования соединения в качестве износостойкого покрытия оно должно обладать высокой жесткостью совместно с достаточной пластичностью. Недавно для этой цели был предложен борокарбид молибдена Mo 2 BC с орторомбической структурой, родственный так назы-ваемым наноламинатам или MAX-фазам [7,8]. Синтез Mo 2 BC осуществлялся посредством дуговой плавки в атмосфере Ar [9,10], а также горячим прессованием механической смеси чистых Mo, B и C [11].…”

“…Вместе с тем в отличие от Mo 2 BC и родственных борокарбидов, для которых были проведены расчеты структурных, электронных, механических свойств, сделаны оценки энергетической стабильности [7,8], аналогичные сведения о Nb 2 BN крайне ограничены.…”