毕玉保 王慧芳 张海军

1）河南科技大学高温材料研究院 河南洛阳471000

2）山西工程技术学院 山西阳泉045000

3）武汉科技大学省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室 湖北武汉430081

作为含碳耐火材料的常用碳源，石墨的抗氧化性直接关乎含碳耐火材料的性能［1-3］。研究石墨的氧化行为，分析其氧化机制，将有助于改进含碳耐火材料的防氧化问题。

对物质微观电子结构的分析可以对物质所表现出的宏观特性赋予合理的解释，第一性原理就是在此基础上逐步发展起来的。近年来，随着计算机技术的不断发展与完善，第一性原理的计算精度与效率也越来越高，在材料合成、设计、评价与模拟等方面取得了大量突破性的进展［4-10］。

本工作中，基于第一性原理，采用Materials Studio软件的CASTEP模块对石墨的氧化机制进行了探讨，并进行了试验验证。

1 计算方法及模型

1.1 计算方法

基于第一性原理，利用Materials Studio软件的CASTEP模块进行计算，在构建合适的模型后进行几何优化。计算过程采用广义梯度近似（GGA）的超软赝势来描述微观粒子间的相互作用；采用GGA的PBE（Perdew Burke Ernzerhof）泛函计算方法来处理电子之间的交换关联能。平面波基函数的截断能取340 eV；采用Monkhorsk-Pack方法对对应布里渊区特殊点K-points采样，设置为3×3×1；每个原子能量收敛标准为1.0×10-5eV，原子间相互作用力收敛标准为3.0×10-1eV·nm-1，每个原子自洽循环收敛精度（SCF）设为1.0×10-6eV，原子最大位移收敛标准为1.0×10-4nm，晶体内压力收敛标准为5.0×10-3GPa［11-12］。

1.2 理论模型

石墨的氧化过程是石墨表层的C原子与吸附在其上的O原子发生反应生成CO而从原来位置脱离并留下空位的过程。……