非共格晶界及其偏析对3C-SiC在超临界二氧化碳中氧化影响的Reaxff-MD模拟
来源：核动力工程杂志2023年第5期北京时间：
作者：周起印, 刘珠, 张乐福, 龙家琛, 郭相龙
单位：上海交通大学机械与动力工程学院，上海，200240；
摘要：为理解SiC材料在超临界二氧化碳（sCO<sub>2</sub>）反应堆中的腐蚀失效机理，本文通过分子动力学模拟研究了3C-SiC在sCO<sub>2</sub>环境中的氧化行为，并深入探讨了非共格晶界处元素偏析对氧化的影响。结果显示，非共格晶界区域的氧化速度比单晶快，且硅元素或碳元素的偏析均会加剧非共格晶界处的氧化。非共格晶界的加速氧化归因于晶界区域内的未完全配位硅原子，这些硅原子更容易与氧原子成键。非共格晶界的元素偏析进一步加强了非共格晶界处SiC的氧化速度，其中硅元素的偏析使硅原子更难以完全配位，这导致晶界处有更多的硅原子带较低的正电荷，而碳元素的偏析则使得晶界处自由体积更大，氧原子可以与更深层的硅原子成键。本研究揭示了3C-SiC在sCO<sub>2</sub>中的腐蚀机理以及非共格晶界加速腐蚀的原因，为SiC材料在sCO<sub>2</sub>反应堆中的退化机制提供了理论支持。
关键词：非共格晶界, 偏析, 3C-SiC, 超临界二氧化碳（sCO<sub>2</sub>）, 氧化, 分子动力学
基金资助：超临界水冷堆核能系统材料与化学研发（2018YFE0116200）
