杜晓超，牛风雷

(1.华北电力大学 核科学与工程学院,北京 102206； 2.三峡大学 机械与动力学院,湖北 宜昌 443002)



氧含量对碳化硅晶体的拉伸性能的影响

杜晓超1,2，牛风雷1

(1.华北电力大学 核科学与工程学院,北京 102206； 2.三峡大学 机械与动力学院,湖北 宜昌 443002)

碳化硅具有良好的抗腐蚀和抗氧化性能，是先进核反应堆核燃料包壳的候选材料之一，但杂质元素会对碳化硅材料的机械性能产生重要影响。杂质元素对材料拉伸性能的影响可用第一性原理进行分析。首先构建一个2×2×2的3C-SiC超晶胞结构，使用VASP(Vienna Ab-initio Simulation Package)程序模拟SiC晶体的理想拉伸过程；在不同间隙位增加1个或2个氧原子，构建不同的碳化硅晶胞模型，并计算含氧SiC晶体拉伸强度；通过模拟计算了一个掺杂原子和两个掺杂原子在不同间隙位的拉伸强度，最后总结含氧量对SiC拉伸强度的影响。计算结果表明，掺氧后SiC材料更容易发生脆性断裂，同时氧原子增加后SiC的抗拉强度变小了，说明氧含量对SiC的拉伸性能有明显影响。

VASP；碳化硅；氧含量；间隙位；拉伸强度

0 引 言

随着先进核电技术的开发与应用，对核用工程材料也提出更高要求，国际上已相继开展了不同结构材料的实验研究[1-5]。研究发现，SiC陶瓷的抗腐蚀性能和抗氧化性能明显优于传统结构材料。Takahashi等人[5]在550 ℃的流动铅铋中测试了SiC的腐蚀行为，实验发现陶瓷材料的质量损失很小，表现出很强的耐腐蚀和耐氧化性能。目前碳化硅材料因其优良的性能而备受核反应堆研究人员青睐，成为先进核反应堆燃料包壳的重要候选材料之一。……