【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及超高温陶瓷材料，特别是涉及一种多元金属硼化物超高温陶瓷材料的设计方法及系统。
技术介绍
1、随着航天航空技术的不断发展，飞行器的速度不断提升，如高超音速飞机、导弹、再入飞行器等，飞行速度超过5马赫。飞行器高速飞行过程中由于剧烈压缩和摩擦空气，其表面温度迅速升高，尤其飞行器的前缘和鼻锥等部位的温度超过2000℃，高性能的轻质、耐高温的防热材料和结构是实现长时间飞行的基础。目前应用较多的超高温陶瓷材料有ⅳb和ⅴb族等金属硼化物陶瓷，具有熔点高和力学性能优异等特点。
2、多元超高温陶瓷材料制备工艺复杂，制备时间长，烧结温度高。基于试错法设计多元超高温陶瓷材料，不仅依赖研究者的前期经验，并且研制周期长、效率低、成本高。
3、因此，亟需一种高效快速且成本低的多元金属硼化物超高温陶瓷材料的设计方法。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种多元金属硼化物超高温陶瓷材料的设计方法及系统，克服了试错法高实验成本、长研制周期的缺陷，实现了高效快速、低成本的多元金属硼化物超高温陶瓷材料的设计。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
3、第一方面，本专利技术提供了一种多元金属硼化物超高温陶瓷材料的设计方法，包括：
4、采集不同单组元金属硼化物超高温陶瓷材料中金属硼化物的晶体结构信息和原子占位信息；
5、根据所述晶体结构信息和所述原子占位信息，计算每一所述金属硼化物的力学性能参数；
6、根据所述
7、根据不同组分的多元金属硼化物超高温陶瓷材料固溶体，分别构建固溶体结构模型，其中不同组分的多元金属硼化物超高温陶瓷材料固溶体包括由不同配比的所述主相和所述掺杂相固溶形成的多元金属硼化物超高温陶瓷材料固溶体，以及由不同配比的所述主相和所述烧结助剂固溶形成的多元金属硼化物超高温陶瓷材料固溶体；
8、对每一所述固溶体结构模型施加不同程度的应变，确定每一应变下每一所述固溶体结构模型的能量和体积；
9、根据所述能量和所述体积，确定结构最稳定的所述固溶体结构模型。
10、可选地，根据所述晶体结构信息和所述原子占位信息，计算每一所述金属硼化物的力学性能参数，具体包括：
11、根据所述晶体结构信息和所述原子占位信息，构建每一所述金属硼化物的晶体结构模型；
12、根据优化参数，对每一所述金属硼化物的晶体结构模型进行优化，得到优化后的晶体结构模型，其中，所述优化参数包括截断能、k点、能量收敛标准和力收敛标准；
13、采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法，计算每一所述优化后的晶体结构模型的力学性能参数，进而得到每一所述金属硼化物的力学性能参数，其中，力学性能参数包括弹性常数、多晶弹性模量、泊松比和硬度。
14、可选地，根据所述力学性能参数、第一熔点、第二熔点和所述金属硼化物的密度，选择三种单组元金属硼化物超高温陶瓷材料，并分别将选择的三种所述单组元金属硼化物超高温陶瓷材料对应的金属硼化物作为主相、掺杂相和烧结助剂，具体包括：
15、根据所述力学性能参数、所述第一熔点、所述第二熔点和所述密度，绘制多物性雷达图；
16、根据所述多物性雷达图，选择所述力学性能参数、所述密度和所述第一熔点均在对应阈值范围内，且所述第二熔点按照由大到小的顺序数值排在前三位的三种所述单组元金属硼化物超高温陶瓷材料；
17、将选择的三种所述单组元金属硼化物超高温陶瓷材料中所述第二熔点最高的对应金属硼化物作为主相；
18、将选择的三种所述单组元金属硼化物超高温陶瓷材料中所述第二熔点第二高的对应金属硼化物作为掺杂相；
19、将选择的三种所述单组元金属硼化物超高温陶瓷材料中所述第二熔点最低的对应金属硼化物作为烧结助剂。
20、可选地，根据所述能量和所述体积，确定结构最稳定的所述固溶体结构模型，具体包括：
21、使用拟合方程对所述能量和所述体积进行拟合，得到拟合曲线；
22、根据所述拟合曲线，确定能量最低对应的所述固溶体结构模型；
23、将能量最低对应的所述固溶体结构模型确定为结构最稳定的所述固溶体结构模型。
24、可选地，所述拟合方程的表达式为：
25、
26、其中，e为能量，v为体积，b为体模量，e0为平衡状态下体系的能量，v0为平衡状态下体系的体积，b0为平衡状态下体系的体模量。
27、可选地，所述多晶弹性模量的表达式为：
28、
29、
30、
31、其中，所述多晶弹性模量包括体模量、剪切模量和杨氏模量，b为体模量，g为剪切模量，bv和gv分别为voigt近似中的体模量和剪切模量，br和gr分别为reuss近似中的体模量和剪切模量，e为杨氏模量。
32、可选地，所述泊松比的表达式为：
33、
34、其中，v为泊松比。
35、可选地，所述硬度的表达式为：
36、
37、其中，hv为硬度。
38、可选地，在执行步骤“根据所述能量和所述体积确定结构最稳定的所述固溶体结构模型”之后，所述设计方法还包括：
39、根据优化参数对结构最稳定的所述固溶体结构模型进行优化，得到优化后最稳定结构模型，其中，所述优化参数包括截断能、k点、能量收敛标准和力收敛标准；
40、采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法计算所述优化后最稳定结构模型的力学性能参数，其中，力学性能参数包括弹性常数、多晶弹性模量、泊松比和硬度。
41、第二方面，本专利技术还提供了一种多元金属硼化物超高温陶瓷材料的设计系统，包括：
42、采集模块，用于采集不同单组元金属硼化物超高温陶瓷材料中金属硼化物的晶体结构信息和原子占位信息；
43、力学性能计算模块，用于根据所述晶体结构信息和所述原子占位信息，计算每一所述金属硼化物的力学性能参数；
44、筛选模块，用于根据所述金属硼化物的密度、所述力学性能参数、第一熔点和第二熔点选择三种单组元金属硼化物超高温陶瓷材料，并分别将选择的三种所述单组元金属硼化物超高温陶瓷材料对应的金属硼化物作为主相、掺杂相和烧结助剂，其中，所述第一熔点为所述金属硼化物的熔点，所述第二熔点为所述金属硼化物对应氧化物的熔点；
45、模型构建模块，用于根据不同组分的多元金属硼化物超高温陶瓷材料固溶体分别构建固溶体结构模型，其中不同组分的多元金属硼化物超高温陶瓷材料固溶体包括由不同配比的所述主相和所述掺杂相本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种多元金属硼化物超高温陶瓷材料的设计方法，其特征在于，所述设计方法包括：
2.根据权利要求1所述的一种多元金属硼化物超高温陶瓷材料的设计方法，其特征在于，根据所述晶体结构信息和所述原子占位信息，计算每一所述金属硼化物的力学性能参数，具体包括：
3.根据权利要求1所述的一种多元金属硼化物超高温陶瓷材料的设计方法，其特征在于，根据所述力学性能参数、第一熔点、第二熔点和所述金属硼化物的密度、选择三种单组元金属硼化物超高温陶瓷材料，并分别将选择的三种所述单组元金属硼化物超高温陶瓷材料对应的金属硼化物作为主相、掺杂相和烧结助剂，具体包括：
4.根据权利要求1所述的一种多元金属硼化物超高温陶瓷材料的设计方法，其特征在于，根据所述能量和所述体积，确定结构最稳定的所述固溶体结构模型，具体包括：
5.根据权利要求4所述的一种多元金属硼化物超高温陶瓷材料的设计方法，其特征在于，所述拟合方程的表达式为：
6.根据权利要求2所述的一种多元金属硼化物超高温陶瓷材料的设计方法，其特征在于，所述多晶弹性模量的表达式为：
7.根据权利
8.根据权利要求6所述的一种多元金属硼化物超高温陶瓷材料的设计方法，其特征在于，所述硬度的表达式为：
9.根据权利要求1所述的一种多元金属硼化物超高温陶瓷材料的设计方法，其特征在于，在执行步骤“根据所述能量和所述体积确定结构最稳定的所述固溶体结构模型”之后，所述设计方法还包括：
10.一种多元金属硼化物超高温陶瓷材料的设计系统，其特征在于，所述设计系统包括：
...【技术特征摘要】
1.一种多元金属硼化物超高温陶瓷材料的设计方法，其特征在于，所述设计方法包括：
2.根据权利要求1所述的一种多元金属硼化物超高温陶瓷材料的设计方法，其特征在于，根据所述晶体结构信息和所述原子占位信息，计算每一所述金属硼化物的力学性能参数，具体包括：
3.根据权利要求1所述的一种多元金属硼化物超高温陶瓷材料的设计方法，其特征在于，根据所述力学性能参数、第一熔点、第二熔点和所述金属硼化物的密度、选择三种单组元金属硼化物超高温陶瓷材料，并分别将选择的三种所述单组元金属硼化物超高温陶瓷材料对应的金属硼化物作为主相、掺杂相和烧结助剂，具体包括：
4.根据权利要求1所述的一种多元金属硼化物超高温陶瓷材料的设计方法，其特征在于，根据所述能量和所述体积，确定结构最稳定的所述固溶体结构模型，具体包括：
...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘斌，李少勋，甄强，布乃敬，胡志杰，
申请(专利权)人：之江实验室，
类型：发明
国别省市：
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