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时晓婷,高希光,钟毅.氧在熔融SiO2中扩散的分子动力学模拟[J].南京航空航天大学学报,2021,53(5):821-826
氧在熔融SiO2中扩散的分子动力学模拟
Molecular Dynamics Simulation of Oxygen Diffusion in Molten SiO2
投稿时间:2020-10-30  修订日期:2021-02-25
DOI:10.16356/j.1005-2615.2021.05.020
中文关键词:  分子动力学  二氧化硅  氧气  扩散系数
英文关键词:molecular dynamics (MD)  silicon dioxide  oxygen  diffusion coefficient
基金项目:国家自然科学基金(11972183)资助项目。
作者单位邮编
时晓婷 南京航空航天大学能源与动力学院航空发动机热环境与热结构工业和信息化部重点实验室南京 210016
南京航空航天大学能源与动力学院江苏省航空动力系统重点实验室南京 210016 
210016
高希光 南京航空航天大学能源与动力学院航空发动机热环境与热结构工业和信息化部重点实验室南京 210016
南京航空航天大学能源与动力学院江苏省航空动力系统重点实验室南京 210016 
210016
钟毅 中国海诚工程科技股份有限公司上海 200031 200031
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中文摘要:
      在高温干燥的氧气环境中,SiC材料将氧化生成SiO2氧化膜,影响材料性能。SiO2在SiC上的生长由氧气通过氧化物的扩散控制。由于温度条件限制,传统实验方法很难测定氧气在高温氧化物中的扩散。本文采用分子动力学研究不同温度下氧在熔融SiO2中的扩散行为。基于Morse、L-J等势函数及其参数,模拟了高温下的无定形SiO2结构,计算获得了氧在950、1 100、1 200、1 300及1 400 ℃温度下的均方位移曲线及扩散系数,分析了温度对气体扩散的影响作用,拟合了温度相关的Arrhenius公式。研究结果可为SiC基及其复合材料的氧化行为研究提供参考。
英文摘要:
      In a high-temperature and dry oxygen environment, SiC materials will be oxidized to form SiO2 oxide layer, which affects the material performance. The growth of SiO2 on SiC is controlled by the diffusion of oxygen through the oxide layer. Due to the limitation of temperature conditions, it is not easy to measure the oxygen diffusion in high-temperature oxide with traditional experimental methods. Molecular dynamics(MD) simulation is used to study the diffusion behavior of oxygen in molten SiO2 at different temperatures. Based on the potential functions, such as Morse, L-J, etc, and their parameters, the amorphous SiO2 structure at high temperature is simulated. The mean square displacement (MSD)curves and diffusion coefficients of oxygen at 950, 1 100, 1 200, 1 300 and 1 400 ℃ are calculated. The effect of temperature on gas diffusion is analyzed by fitting the Arrhenius function. Through this study, it is expected to provide a reference to the oxidation behaviors of SiC-based ceramics and composites.
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