Вычислительный поиск материалов: система W–B

Составы, структуры и механические свойства системы W–B теоретически исследовали с помощью эволюционных алгоритмов с переменным составом в сочетании с первопринципными расчётами. Помимо подтверждения экспериментальных данных, включая сведения о кристаллических структурах, для четырёх известных соединений — W2B, WB, WB2 и WB3 — были предсказаны новое стабильное соединение W8B7 и два близких к стабильным соединения — W2B3 и WB4, существующие в основном состоянии. Для всех этих боридов систематически рассчитаны упругие свойства и оценочная твёрдость по Виккерсу. Среди исследованных боридов гексагональная фаза hP6-WB2 характеризуется наибольшей сверхнесжимаемостью вдоль оси c и максимальным значением C33 — 953 ГПа, сопоставимым с показателем наиболее несжимаемого материала, алмаза. Для hP16-WB3 получена максимальная твёрдость — 36,9 ГПа, что хорошо согласуется с экспериментальными значениями 28,1–43,3 ГПа и близко к порогу сверхтвёрдости; для орторомбической фазы oC8-WB рассчитан наибольший объёмный модуль — около 350 ГПа. Новое стабильное соединение W8B7 кристаллизуется в моноклинной фазе mP15; бесконечные зигзагообразные цепочки атомов B располагаются параллельно слоям атомов W, что обусловливает относительно высокую расчётную твёрдость 19,6 ГПа. Для oC8-WB и hP16-WB3 рассчитаны анизотропные модули Юнга E и крутильные модули сдвига G(t). Кратко обобщены современное состояние исследований и исторические противоречия в системе W–B; в частности, уточнено, что ранее приписываемая экспериментальным данным фаза hP20-WB4 на самом деле представляет собой hP16-WB3 с дефектами.