廖燕玲，李 梦，钟志贤

（桂林理工大学机械与控制工程学院，广西 桂林541004）

氮化硅作为一种性能优异的陶瓷材料，具有密度低，硬度高，耐磨损，导热能力强等优异的物理性能以及抗氧化性，抗腐蚀性（尤其是除了HF外的无机酸）的高化学稳定性能等，因此在机械、电子等众多领域占据了重要的地位。

目前关于氮化硅的研究已取得了丰硕的成果，文怀兴等人[1]研究了氮化硅陶瓷轴承润滑技术，张传伟[2]研究了以球磨法在氮化硅表面制备MOS2模，处理氮化硅陶瓷表面还有离子注入法[2]、热喷涂法[3]、激光刻蚀技术[4]、溶胶-凝胶技术[5]等。徐彬[6]构建了β-Si3N4表面模型并对表面能进行计算，潘洪哲[7]采用超软赝势的方法分析了β-Si3N4的电子结构和光学性能，孙美[8]在不同压力下比较了氮化硅多个结构的性能。

本文采用Materials Studio软件中基于DTF的CASTEP模块对β-Si3N4进行建模和结构优化，采用模守恒平面波赝势方法对β-Si3N4模型的力学性质、动力学性质、热力学性质进行了计算和分析。

1 β-Si3N4建模与结构优化

β-Si3N4属于空间群 C6h，原胞（Si6N8）包含了 2个Si3N4分子，堆垛次序可以表示为ABAB…。本文应用Materials Studio8.0软件中的CASTEP模块对β-Si3N4进行建模和优化，优化内容包括晶格参数和原子坐标。优化前的晶胞参数为a=b=7.637A˚，c=2.922 A˚，α = β =90°，γ =120°，采用模守恒赝势方法，在倒易K空间中，平面波截断能通过收敛性测试可定为500eV，交换—关联能采用的是局部密度近似修正（GGA-PBE），通过测试可设定 K点网格：4×4×12.采用BFGS算法对β-Si3N4晶体进行结构优化，原子价电子中参与计算的为N 2S22P3、Si 3S23P2.

优化后的晶胞参数为 a=b=7.705627A˚，c=2.943081A˚，α = β=90°，γ =120°.图 1 为优化前后模型对比，Si-N键长发生变化，键角不变，结构优化后原子的坐标位置有所调整，优化过程按照最低能量方向进行，使得氮化硅结构更加稳定合理。……