Моделювання механічних властивостей нанокристалічного SiC методом молекулярної динаміки

Методом молекулярної динаміки з використанням потенціалу міжатомної взаємодії Tersoff досліджено вплив температури і розміру зерен на механічні властивості нанокристалічного карбіду кремнію. Середні розміри зерен модельованих зразків нанокристалічного SiC становили 2.5-5 нм, а кількість атомів у структурі досягала близько 105. Для досліджуваних структур розраховувались криві напруження-деформація в результаті моделювання одновісного розтягу зразків зі швидкістю деформації 10 – 4 пс – 1. Шляхом лінійної апроксимації початкової ділянки кривих напруження-деформація було розраховано пружні модулі для моно- і нанокристалічного карбіду кремнію. Проведено порівняння величини модуля Юнга для моно- і нанокристалічного SiC в інтервалі температур 300-3000 К. Результати розрахунку показують, що модуль Юнга нанокристалічних зразків суттєво змінюється з ростом температури, що пояснено суттєвою часткою атомів на границях зерен в нанокристалічному SiC. Встановлено, що з ростом температури вище 600 К відбувається перехід від крихкого до в’язкого руйнування нанокристалічних зразків. Крім того, показано, що зменшення модуля Юнга нанокристалічного карбіду кремнію з ростом температури має нелінійний характер. Виявлено, що при перевищенні температури понад 2000 K, пластичність нанокристалічного SiC різко збільшується. Вказаний ефект пов’язується зі зменшенням температури плавлення нанокристалічних зразків у порівнянні з монокристалом SiC. Показано, що вплив розміру зерен на модуль пружності нанокристалічного SiC має місце лише при високих температурах і розмірах зерен вище 3 нм, тоді як при кімнатній температурі пружні властивості не залежать від розмірів нанокристалів. Передбачається, що отримані результати з температурними та розмірними залежностями механічних характеристик нанокристалічного карбіду кремнію можуть бути використані про розробці наноструктурованих матеріалів на його основі для високоефективних конструкційних застосувань.