SiC纳米包覆颗粒烧结行为的分子动力学模拟

作者：严泽凡; 刘荣正; 刘兵; 邵友林; 刘马林^*

来源：清华大学学报, 2023, 63(08): 1297-1308.

DOI：10.16511/j.cnki.qhdxxb.2023.25.012

• 碳化硅
• 纳米颗粒
• 烧结
• 包覆层
• 分子动力学模拟

碳化硅(SiC)制备在核燃料研究中具有重要意义，例如新型事故容错核燃料采用SiC作为关键基体材料。研究SiC纳米包覆颗粒的烧结行为对优化新型核燃料基体材料制备工艺具有指导意义。该文根据纳米颗粒熔点变化规律，验证了Tersoff势函数进行SiC分子动力学模拟的可行性和模型参数的准确性；考察了纯相SiC、富硅(SiC@Si)和富碳(SiC@C)这3种典型SiC纳米颗粒的烧结演化过程；并对烧结过程进行了定量描述，通过烧结颈生长、能量演变和原子扩散等参量分析了烧结机制，重点关注包覆层结构对SiC烧结行为的影响，从而获得包覆颗粒烧结机理。研究结果表明：包覆层的原子扩散性会促进颗粒原子整体迁移，从而加速整体烧结行为。SiC@Si颗粒比SiC@C颗粒更易发生包覆层原子扩散，因而SiC@Si颗粒更易发生烧结；较低的加热速率在一定程度上有利于烧结进行，但并不影响包覆颗粒的原子扩散模式。研究结果对SiC纳米颗粒烧结机制给出了定量解释，有助于理解SiC烧结制备过程的规律。

• 单位
  清华大学