Fe、Co及Ni单掺3C-SiC力学性能的第一性原理计算

碳化硅以其优异的性能被广泛应用于耐火材料领域。催化反应法合成碳化硅粉体的前景广阔,但加入的催化剂作为杂质却难以分离,而催化剂对产物碳化硅性能的影响尚缺乏研究。采用第一性原理平面波赝势法研究了催化剂种类(Fe、Co及Ni)和元素掺杂浓度(x,1.56%、3.125%、6.25%、12.5%)对3C-SiC热力学性质、力学性能、电子态密度等的影响。结果表明:1)Fe、Co及Ni掺杂3C-SiC晶体的结构稳定性由大到小依次为Fe-SiC、Co-SiC、Ni-SiC;2)当Fe元素掺杂浓度为1.56%(x)时,与未掺杂3C-SiC晶体相比,Fe-SiC体系体弹性模量值变化量为0.023%,剪切模量和杨氏模量变化量为3.57%与2.77%,硬度值和脆韧性基本未发生明显变化,态密度图也基本不变,说明低浓度Fe元素掺杂基本不影响3C-SiC体系的力学性能。因此,用Fe作催化剂,采用催化反应法制备的碳化硅粉体理论上是可以应用于耐火材料领域的。